KR100682478B1 - Harmonic-rejection microstrip patch antenna using side-feed and frequency doubler using microstrip patch antenna - Google Patents

Harmonic-rejection microstrip patch antenna using side-feed and frequency doubler using microstrip patch antenna Download PDF

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KR100682478B1
KR100682478B1 KR1020060016123A KR20060016123A KR100682478B1 KR 100682478 B1 KR100682478 B1 KR 100682478B1 KR 1020060016123 A KR1020060016123 A KR 1020060016123A KR 20060016123 A KR20060016123 A KR 20060016123A KR 100682478 B1 KR100682478 B1 KR 100682478B1
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김문일
김도원
이동호
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

A patch antenna for removing a harmonic wave by adapting a side-feed and a frequency doubler using the same are provided to reduce a manufacturing cost by changing a position of the side-feed of the patch antenna structurally. A patch antenna for removing a harmonic wave by adapting a side feeder includes a dielectric substrate(100), a microstrip patch antenna(101), and a feed(102). The microstrip patch antenna(101) is mounted on an upper part of a dielectric layer of the dielectric substrate(100). The microstrip patch antenna(101) of a rectangular shape receives a predetermined signal. The feed(102) is arranged on a corner of a direction perpendicular to a direction in which the signal is received. The feed(102) removes a harmonic frequency wave except a fundamental frequency of the microstrip patch antenna(101). The feed(102) is arranged at a 0.2-0.3 position of a length ratio of the microstrip patch antenna(101).

Description

싸이드 피드를 적용하여 고조파를 제거하는 패치 안테나와 패치 안테나를 적용한 체배기{Harmonic-rejection microstrip patch antenna using side-feed and Frequency doubler using microstrip patch antenna}Harmonic-rejection microstrip patch antenna using side-feed and Frequency doubler using microstrip patch antenna}

도 1은 본 발명에 따른 패치 안테나의 입체도이다.1 is a three-dimensional view of a patch antenna according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 패치 안테나의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a patch antenna according to the present invention.

도 3a는 종래 패치 안테나의 기본 주파수의 전기장 분포를 도시한 것이다.Figure 3a shows the electric field distribution of the fundamental frequency of the conventional patch antenna.

도 3b는 종래 패치 안테나의 제 2 차 고조파의 전기장 분포를 도시한 것이다.Figure 3b shows the electric field distribution of the second harmonic of the conventional patch antenna.

도 4a는 본 발명에 따른 기본 주파수의 전기장 분포를 도시한 것이다.Figure 4a shows the electric field distribution of the fundamental frequency according to the present invention.

도 4b는 본 발명에 따른 제 2 차 고조파의 전기장 분포를 도시한 것이다.Figure 4b shows the electric field distribution of the second harmonic according to the present invention.

도 5는 패치 안테나의 기본주파수와 제 2 차 고조파의 전기장의 크기 분포이다. 5 is a magnitude distribution of the fundamental frequency of the patch antenna and the electric field of the second harmonic.

도 6은 본 발명에 따른 싸이드 피드의 위치와 폭의 크기를 도시한 것이다.Figure 6 shows the size of the position and width of the side feed according to the present invention.

도 7a는 기본 주파수일때의 패치 안테나의 피드 위치에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.7A is a graph showing return loss according to the feed position of a patch antenna at a fundamental frequency.

도 7b는 제 2 차 고조파일때의 패치 안테나의 피드 위치에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.7B is a graph showing the return loss according to the feed position of the patch antenna in the second harmonic pile.

도 8은 종래 패치 안테나와 본 발명의 주파수에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the return loss according to the conventional patch antenna and the frequency of the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 도파관 체배기의 내부구조의 개략도이다.9 is a schematic diagram of an internal structure of a waveguide multiplier according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 체배기의 회로도이다.10 is a circuit diagram of a multiplier according to the present invention.

도 11a는 본 발명에 따른 패치 안테나와 체배기를 결합한 입력회로의 레이아웃이다.11A is a layout of an input circuit combining a patch antenna and a multiplier according to the present invention.

도 11b는 본 발명에 따른 패치 안테나와 체배기를 결합한 출력회로의 레이아웃이다.11B is a layout of an output circuit combining a patch antenna and a multiplier according to the present invention.

도 12는 본 발명에 따른 체배기의 블록도이다.12 is a block diagram of a multiplier according to the present invention.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체배기의 블록도이다.13 is a block diagram of a multiplier according to another embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명에 따른 체배방법의 흐름도이다.14 is a flowchart of a multiplication method according to the present invention.

본 발명은 무선통신 시스템에서 싸이드 피드를 적용하여 고조파를 제거하는 패치 안테나와 패치 안테나를 적용한 체배기(frequency doubler)에 관한 것이다.The present invention relates to a patch antenna for removing harmonics by applying a side feed in a wireless communication system and a frequency doubler using the patch antenna.

무선통신 시스템에서의 고조파 성분을 제거하기 위한 전단 장치(Front End Unit)는 송신 전단 장치(TxFU : Tx Front end Unit)와 수신 전단 장치(RxFU : Rx Front end Unit)로 나누어 진다. TxFU는 DR 필터, 저역 통과 필터(LPF : Low Pass Filter), 커플러(Coupler)로 구성되며, RxFU는 에어 필터(Air Filter), 저잡음 증 폭기(LNA : Low Noise Amplifier), 커플러(Coupler), 디바이더(Divider)로 구성된다. 여기서, 커플러(Coupler)는 샘플링 포트(Sampling Port)를 제공하며, 저잡음 증폭기(LNA)는 대역 필터를 거친 매우 미약한 신호를 최소 잡음을 갖도록 증폭하여 수신기 전체 시스템의 수신감도 성능을 향상시켜 준다. 그리고, 디바이더(Divider)는 상향 컨버터(UPC : UP Converter) 입력과 진단(Diagnostic)을 위한 2개의 출력 포트(Out Port)로 구성되며, 필터는 대역외 필요없는 신호를 제거시켜 준다.A front end unit (Front End Unit) for removing harmonic components in a wireless communication system is divided into a transmit front end unit (TxFU) and a receive front end unit (RxFU: Rx front end unit). TxFU consists of DR filter, Low Pass Filter (LPF: Low Pass Filter), Coupler (Coupler), RxFU consists of Air Filter, Low Noise Amplifier (LNA: Low Noise Amplifier), Coupler (Coupler), Divider It consists of Dividers. Here, a coupler provides a sampling port, and a low noise amplifier (LNA) amplifies a very weak signal that has passed through a band filter with minimum noise to improve reception performance of the entire receiver system. The divider consists of an UP converter (UPC) input and two out ports for diagnostics, and the filter eliminates signals that are not needed out of band.

일반적으로는 에어 필터(Air Filter)를 많이 사용하지만, 전위 장치(Front End Unit)에서는 고출력에서 견딜 수 있고 Q 값이 좋은 DR 필터를 사용한다. 왜냐하면, 에어 필터(Air Filter)는 Q 값이 떨어지고 고출력에 적합하지 않기 때문이다.In general, air filters are used a lot, but front end units use DR filters that can withstand high power and have good Q values. This is because the air filter has a low Q value and is not suitable for high power.

그런데, Q 값이 우수하고 고출력에 적합한 DR 필터의 경우에는 2, 3차 Harmonic 성분 억제시에 필터 손실만큼의 고조파(Harmonic) 성분이 생성된다. 이때, 생성되는 고조파(Harmonic) 성분은 필요한 대역외에서의 스퓨리어스(Spurious)로 작용하여 다른 시스템에 큰 문제를 야기시킬 수 있다. 일반적인 경우 스퓨리어스(Spurious), 2, 3차 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위해서는 DR 필터와 함께 저역 통과 필터(LPF)를 사용한다.However, in the case of a DR filter having excellent Q value and suitable for high power, harmonic components as much as the filter loss are generated when the second and third harmonic components are suppressed. In this case, the generated harmonic component acts as spurious out of the required band and may cause a big problem in other systems. In general, a low pass filter (LPF) is used in conjunction with the DR filter to remove spurious, second and third harmonics.

DR 필터의 경우 공동 공진기(Cavity Resonator) 필터에 비교해 볼 때 상대적으로 더 낮은 주파수 대역에서 스퓨리어스(Spurious) 성분이 발생되며, 이는 IMT-2000 등에 사용될 DR 필터의 경우 2.55GHz부터 스퓨리어스(Spurious) 성분이 발생되어 통과대역(Passband)과 불과 300~400MHz 범위에 있으므로, 컷오프(Cut-off) 특 성이 매우 양호하고 12.75GHz까지 스퓨리어스(Spurious) 성분을 억제시켜야 하는 LPF가 필요하다. 그런데, 기존에 설계된 LPF를 사용할 경우, 컷오프(Cut-off) 특성 뿐만 아니라, 스퓨리어스(Spurious) 억제 특성 또한 IMT-2000 스펙 등을 만족시킬 수 없다.In the case of the DR filter, spurious components are generated in a relatively lower frequency band compared to the cavity resonator filter, which has a spurious component from 2.55 GHz for the IMT-2000. Since it is generated and is in the passband and only 300 ~ 400MHz range, LPF is required to have very good cut-off characteristics and suppress spurious components up to 12.75GHz. However, in the case of using a conventionally designed LPF, not only the cut-off characteristic, but also the spurious suppression characteristic may not satisfy the IMT-2000 specification.

IMT-2000 스펙 등을 만족시키기 위해서는, LPF의 단수를 크게 하여야 하며, LPF 공진기(Resonator)의 외경(Outer) 역시 작어져야 하지만, 현재의 가공 기술로는 불가능할 뿐만 아니라, 한 개의 LPF로 구현하여서는 12.75GHz까지의 스퓨리어스(Spurious) 성분을 억제할 수 없다. In order to satisfy the IMT-2000 specification, the number of LPF stages should be increased, and the outer diameter of the LPF resonator should also be small, but it is not possible with current processing technology, and it is impossible to implement it with one LPF. Spurious components up to GHz cannot be suppressed.

따라서, DR 필터의 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위하여, LPF를 적절히 사용함으로써, 고조파(Harmonic) 성분 및 12.75GHz 이하 대역에서의 감쇄 특성을 보완할 수 있는 방안이 필수적으로 요구된다. 상기와 같은 DR 필터의 고조파(Harmonic) 성분을 제거하기 위하여, 종래 발명은 DR 필터 전후단에 저역 통과 필터(LPF)를 사용함으로써, 고조파(Harmonic) 성분 및 12.75GHz 이하 대역에서의 감쇄 특성을 보완하는 기술을 개시하고 있으나, 이 역시 추가되는 공정으로 인한 제조원가 상승의 문제를 안고 있다.Therefore, in order to remove the harmonic component of the DR filter, by appropriately using the LPF, a method that can compensate for the harmonic component and attenuation characteristics in the band below 12.75GHz is indispensable. In order to remove the harmonic component of the DR filter, the related art uses a low pass filter (LPF) before and after the DR filter to compensate for the harmonic component and attenuation characteristics in the band below 12.75 GHz. It discloses a technique, but this also has a problem of rising manufacturing costs due to the additional process.

한편, 대부분의 무선통신 시스템은 안테나와 RF 능동회로의 접합이 필수적이다. 하지만 능동회로로부터 발생하는 고조파 (Harmonic frequency)는 전체 시스템의 잡음, 불안정성 등의 원인이 된다. 따라서 고조파를 제거하기 위한 RF 필터를 삽입하게 되는데 일반적으로 RF 필터는 큰 부피를 차지하므로 전체 시스템의 크기를 증가시켜야 한다.On the other hand, in most wireless communication systems, the bonding of the antenna and the RF active circuit is essential. However, the harmonic frequency generated from active circuits causes noise and instability of the entire system. Therefore, an RF filter is inserted to remove harmonics. In general, an RF filter occupies a large volume, so the size of the entire system needs to be increased.

따라서, 구조적으로 고조파를 제거하는 안테나 연구가 활발히 진행되고 있다. 대부분의 안테나는 금속면이 근접해 있을 때 작동이 불가능한 구조를 가진다. 하지만 패치 안테나는 금속면이 접지면에 근접하여도 특성의 변함이 없고 제작 및 설계가 용이하다. Therefore, there is an active research into an antenna for structurally removing harmonics. Most antennas have a structure that cannot be operated when the metal surface is in close proximity. However, the patch antenna is easy to manufacture and design even when the metal surface is close to the ground surface.

이러한 이유 때문에 패치 안테나는 가장 널리 쓰이는 안테나 중 하나이다. 정리하면, 고조파를 제거하는 기존 방법으로는 필터를 첨가하는 방법, 패치 안테나 내부에 비아를 삽입한 방법, DGS (defected ground structure)를 적용한 방법 등이 있다. 하지만 필터를 첨가하는 방법은 전체 회로의 크기를 증가시키며, 비아를 삽입하는 방법은 능동회로의 DC 바이어스를 줄 수 없기 때문에, 무선통신 시스템에 적용이 불가능하다. 또, DGS를 사용하는 방법은 접지면을 추가적으로 가공해야 하므로 기술적, 경제적으로 제한이 있다는 문제점이 있다.For this reason, patch antennas are one of the most widely used antennas. In summary, conventional methods for removing harmonics include adding a filter, inserting a via into a patch antenna, and applying a defected ground structure (DGS). However, the method of adding the filter increases the size of the entire circuit, and the method of inserting the via cannot give the DC bias of the active circuit, and thus it is not applicable to the wireless communication system. In addition, the method using the DGS has a problem that there is a technical and economic limitation because the ground plane must be additionally processed.

아울러 체배기(frequency doubler) 회로설계에 있어서도 출력단의 기본 주파수 성분을 제거하기 위한 필터 구조가 필수적이다. 하지만 필터는 일반적으로 그 크기가 커서 고주파 도파관에 삽입하기에는 적당하지 않다. 그리고 푸시풀(push-pull) 방식의 트랜지스터 배열에는 입력 쪽에 위상을 180˚ 바꿔주는 하이브리드(Hybrid)가 필요하다. 하지만 이런 하이브리드(Hybrid)는 구조적으로 많은 면적을 차지한다.In addition, a filter structure for removing the fundamental frequency component of the output stage is essential in the design of a frequency doubler circuit. However, filters are generally large enough to be inserted into high frequency waveguides. Push-pull transistor arrays require a hybrid with 180 ° phase shifting on the input side. But such hybrids take up a lot of area structurally.

따라서, 체배기에서 필터와 하이브리드(Hybrid)의 구조를 가지는 회로는 크기가 작은 고주파 도파관에 삽입하기에는 기술적, 경제적으로 제한이 있다는 문제점이 있다.Therefore, a circuit having a structure of a filter and a hybrid in a multiplier has a problem in that it is technically and economically limited to be inserted into a small high-frequency waveguide.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 매우 간단한 구조를 가지는 싸이드 피드 패치 안테나를 제작하고, 이 패치 안테나를 적용하여 소형의 도파관 구조를 가지는 고주파 신호기를 제작하여 제조원가를 획기적으로 절감하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to manufacture a side feed patch antenna having a very simple structure, and to apply the patch antenna to manufacture a high frequency signal having a small waveguide structure to significantly reduce the manufacturing cost.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 싸이드 피드를 적용하여 고조파를 제거한 패치 안테나에 있어서, 유전체기판; 상기 유전체기판의 유전체층 상부에 실장되고, 소정의 신호를 수신하는 사각형의 마이크로 스트립 패치 안테나; 및 상기 신호가 수신되는 방향과 직교하는 방향의 모서리에 배치되어 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 기본주파수를 제외한 고조파를 제거하는 피드를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a patch antenna to remove harmonics by applying a side feed, Dielectric substrate; A rectangular microstrip patch antenna mounted on the dielectric layer of the dielectric substrate and receiving a predetermined signal; And a feed disposed at an edge of a direction orthogonal to the direction in which the signal is received to remove harmonics other than the fundamental frequency of the microstrip patch antenna.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 싸이드 피드를 적용하여 고조파를 제거한 패치 안테나를 적용한 체배기에 있어서, 고주파 신호를 수신하는 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나와, 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 기본주파수를 제외한 고조파를 제거하는 제 1 피드와, 상기 피드의 기본주파수의 제 2 차 고조파를 생성시키는 제 1 능동소자를 포함하는 제 1 입력회로부; 고주파 신호를 수신하는 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나와, 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 기본주파수를 제외한 고조파를 제거하는 제 2 피드와, 상기 피드의 기본주파수의 제 2 차 고조파를 생성시키는 제 2 능동소자를 포함하는 제 2 입력회로부; 및 상기 제 1 입력회로부에서 생성된 신호와 상기 제 2 입력회로부에서 생성된 신호를 합성하여 고 주파 신호를 생성하는 제 3 피드와 상기 고주파 신호를 출력하는 제 3 마이크로 스트립 패치 안테나를 포함하는 출력회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a multiplier using a patch antenna from which harmonics are removed by applying a side feed, the first micro strip patch antenna for receiving a high frequency signal and a harmonic except for a fundamental frequency of the micro strip patch antenna are removed. A first input circuit unit including a first feed and a first active element generating a second harmonic of a fundamental frequency of the feed; A second microstrip patch antenna for receiving a high frequency signal, a second feed for removing harmonics other than the fundamental frequency of the microstrip patch antenna, and a second active element for generating a second harmonic of the fundamental frequency of the feed; A second input circuit unit comprising; And a third microstrip patch antenna for outputting the high frequency signal and a third feed for generating a high frequency signal by combining the signal generated by the first input circuit part and the signal generated by the second input circuit part. Characterized in that it comprises a.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 싸이드 피드를 적용하여 고조파를 제거한 패치 안테나를 적용한 체배기에 있어서, 고주파 신호를 수신하는 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나; 상기 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나의 기본주파수를 제외한 고조파를 제거하는 제 1 피드와 제 2 피드를 포함하는 피드부; 상기 제 1 피드의 기본주파수의 제 2 차 고조파를 생성시키는 제 1 능동소자와 상기 제 2 피드의 기본주파수의 제 2 차 고조파를 생성시키는 제 2 능동소자를 포함하는 능동소자부; 상기 제 1 능동소자의 신호와 상기 제 2 능동소자의 신호를 합성하여 고주파 신호를 생성하는 제 3 피드; 및 상기 고주파 신호를 출력하는 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a multiplier applying a patch antenna from which harmonics are removed by applying a side feed, the multiplier comprising: a first micro strip patch antenna for receiving a high frequency signal; A feed part including a first feed and a second feed to remove harmonics except for a fundamental frequency of the first micro strip patch antenna; An active element unit including a first active element generating a second harmonic of the fundamental frequency of the first feed and a second active element generating a second harmonic of the fundamental frequency of the second feed; A third feed configured to synthesize a signal of the first active element and a signal of the second active element to generate a high frequency signal; And a multiplier to which a patch antenna is applied, the second micro strip patch antenna outputting the high frequency signal.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 싸이드 피드를 적용하여 고조파를 제거하는 패치 안테나와 패치 안테나를 적용한 체배기의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings it will be described in detail a preferred embodiment of a patch antenna for applying a side feed according to the present invention and a multiplier for applying a patch antenna.

도 1은 본 발명에 따른 패치 안테나의 입체도이다. 도 1을 참조하면, 패치 안테나는 간단한 구조를 지니고 있음을 알 수 있다.1 is a three-dimensional view of a patch antenna according to the present invention. Referring to Figure 1, it can be seen that the patch antenna has a simple structure.

본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나는 도체판 위에 일정한 두께(h)의 유전체(100)가 놓여져 있고, 유전체 상부에 사각형 모양의 도체판(101)이 놓여진 구조를 하고 있다. 유전체 양면에 접착한 도체판 중 한쪽의 도체판을 얇은 도체 판으로 한 것을 마이크로 스트립이라고 한다.In the microstrip patch antenna according to the present invention, a dielectric layer 100 having a predetermined thickness h is placed on a conductor plate, and a rectangular conductor plate 101 is placed on the dielectric plate. One of the conductor plates bonded to both sides of the dielectric is made of a thin conductor plate called a microstrip.

피드(102)와 유전체기판(100)이 2개의 급전선이 되어 선로가 된다. 싸이드 피드를 적용한 마이크로 스트립 패치 안테나는 스트립 선로를 종단에서 반 파장 위치로 절단한 길이로 제작된다. 그리고 패치 안테나의 측단부에 피드(102)가 첨가되고 피드(102)는 능동회로와 연결된다.The feed 102 and the dielectric substrate 100 become two feed lines to become lines. Microstrip patch antennas with side feeds are manufactured by cutting the strip line from the end to half-wavelength position. And the feed 102 is added to the side end of the patch antenna and the feed 102 is connected to the active circuit.

또한 급전방식으로 패치 안테나의 피드(102)를 동축 타입의 케이블로 변경하는 것도 가능하며, 이경우에도 마이크로 스트립 패치 안테나의 싸이드 피드(102)와 동일한 결과를 얻을 수 있다.In addition, it is also possible to change the feed antenna 102 of the patch antenna to a coaxial cable in a feeding manner, and in this case, the same results as the side feed 102 of the micro strip patch antenna can be obtained.

고조파를 제거할 수 없는 패치 안테나는 안테나 하단 모서리의 소정의 위치에 피드(102)를 첨가하고, 피드(102)는 능동회로와 연결된다. 그러나 본 발명의 패치 안테나의 피드(102)는 신호와 직교하는 방향의 모서리의 일단부에 피드(102)를 배치한다. 패치 안테나에서 신호가 송신되거나 수신되는 방향의 측단부를 안테나의 길이(L)라고 하며, 나머지 측단부를 안테나의 폭(W)이라고 한다. A patch antenna that cannot remove harmonics adds a feed 102 to a predetermined position at the bottom edge of the antenna, and the feed 102 is connected to an active circuit. However, the feed 102 of the patch antenna of the present invention places the feed 102 at one end of the corner in the direction orthogonal to the signal. The side end portion of the patch antenna in the direction in which the signal is transmitted or received is called the length L of the antenna, and the remaining side end portion is called the width W of the antenna.

도 2는 본 발명에 따른 패치 안테나의 개략도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명은 사각형의 마이크로 스트립 구조를 하고 있으며, 측면의 일단부에 피드를 하고 있다.2 is a schematic diagram of a patch antenna according to the present invention. Referring to Fig. 2, the present invention has a rectangular microstrip structure and feeds at one end of the side surface.

도 3a는 종래 패치 안테나의 기본 주파수의 전기장 분포를 도시한 것이다. 도면상에서 흰색 부분은 큰 크기의 전기장을 나타내며, 검정 부분은 낮은 크기의 전자장을 나타낸다. 특히 도 3a에서 흰색 영역 사이의 검정 경계영역을 널(null) 영역이라고 한다. 도 3a에서의 패치 안테나는 안테나의 하단측면의 중앙 부분에 피 드를 배치하고있다. 이와 같은 전기장 분포는 안테나가 기본 주파수를 가지는 신호를 출력 또는 입력할 수 있음을 도시하는 것이다.Figure 3a shows the electric field distribution of the fundamental frequency of the conventional patch antenna. In the figure, the white part represents a large magnitude electric field, and the black part represents a small magnitude electric field. In particular, in FIG. 3A, the black boundary region between the white regions is called a null region. The patch antenna in FIG. 3A places a feed in the center portion of the bottom side of the antenna. This field distribution shows that the antenna can output or input a signal having a fundamental frequency.

도 3b는 종래 패치 안테나의 제 2 차 고조파의 전기장 분포를 도시한 것이다. 도 3a와는 달리 도 3b는 전기장의 크기가 큰 흰색영역이 3개의 영역으로 나누어져 있으며, 널(null)영역이 2개로 증가함을 알 수 있다. 도 3b에서의 패치 안테나는 안테나의 하단 중앙 부분에 피드를 배치하고있다. 도 3b의 전기장 분포를 가지는 경우는 안테나가 고조파의 신호를 출력 또는 입력할 수 있음을 도시하는 것이다.Figure 3b shows the electric field distribution of the second harmonic of the conventional patch antenna. Unlike FIG. 3A, FIG. 3B shows that the white region having a large electric field is divided into three regions, and the null region increases to two. The patch antenna in FIG. 3B places a feed at the bottom center portion of the antenna. The case of the electric field distribution of FIG. 3B illustrates that the antenna can output or input a harmonic signal.

도 4a는 본 발명에 따른 기본 주파수의 전기장 분포를 도시한 것이다. 본 발명에서는 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.2 내지 0.3인 위치에 싸이드 피드가 배치된다. 여기서 안테나의 길이는 신호가 수신되는 안테나의 측면 방향으로 정의한다. 본 발명에 따른 싸이드 피드의 위치에서 기본 주파수에서의 전기장은 도 4a와 같이 분포하는데, 이와 같은 전기장 분포를 가지는 경우는 안테나가 기본 주파수의 신호를 방사 또는 흡수할 수 있음을 도시하는 것이다.Figure 4a shows the electric field distribution of the fundamental frequency according to the present invention. In the present invention, the side feed is disposed at a position that is 0.2 to 0.3 of the length ratio of the micro strip patch antenna. Here, the length of the antenna is defined as the side direction of the antenna from which the signal is received. The electric field at the fundamental frequency at the position of the side feed according to the present invention is distributed as shown in FIG. 4A, which shows that the antenna can emit or absorb a signal at the fundamental frequency.

도 4b는 본 발명에 따른 제 2 차 고조파의 전기장 분포를 도시한 것이다. 본 발명에서는 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.2 내지 0.3인 위치에 싸이드 피드가 배치된다. 이 위치는 전기장의 분포에서의 널(null) 위치에 피드가 배치된 것이다. 본 발명에 따른 싸이드 피드의 위치에서 고조파의 전기장은 도 4b와 같이 분포하는데, 이는 안테나가 고조파의 신호를 방사 또는 흡수할 수 없음을 도시하는 것이다.Figure 4b shows the electric field distribution of the second harmonic according to the present invention. In the present invention, the side feed is disposed at a position that is 0.2 to 0.3 of the length ratio of the micro strip patch antenna. This position is where the feed is placed at the null position in the distribution of the electric field. The electric field of harmonics in the position of the side feed according to the present invention is distributed as shown in Fig. 4b, which shows that the antenna cannot radiate or absorb the harmonic signal.

도 5는 패치 안테나의 기본주파수와 제 2 차 고조파의 전기장의 크기 분포이다. 5 is a magnitude distribution of the fundamental frequency of the patch antenna and the electric field of the second harmonic.

일반적인 사각형 패치 안테나의 경우 기본 주파수와 고조파에서 도 5의 파형을 가진다. 이 경우 일반적인 피드 방식의 패치 안테나는 C위치에 피드가 배치되게 되며 도 5의 Z1과 Z2에서 피드라인과 패치 안테나의 모드 커플링(coupling)이 이루어진다A typical rectangular patch antenna has a waveform of FIG. 5 at a fundamental frequency and harmonics. In this case, the feed antenna of the general feed method is arranged to feed the position C and the mode coupling of the feed line and the patch antenna (Zup) in Z 1 and Z 2 of FIG.

한편, 일반적인 피드 방식이 아닌경우, 각각의 모드가 널(null)을 갖게 되는 위치인 P1과 P2에 피드를 하게 되면, P1 위치의 경우 기본주파수에서 안테나와 피드라인 사이에 커플링(coupling)이 일어나지 않게 되어 안테나는 기본 주파수의 신호를 송신하거나 수신할 수 없다. P2 위치의 경우 고조파의 신호에서는 커플링(coupling)이 일어나지 않게 되고, 기본주파수에서는 커플링(coupling)이 일어나므로 안테나는 기본 주파수의 신호를 송신하거나 수신할 수 있다.On the other hand, in the case of the non-general feed method, when feeding to P1 and P2 where each mode has a null, coupling between the antenna and the feedline at the fundamental frequency in the P1 position It will not happen, and the antenna will not be able to transmit or receive signals at the fundamental frequency. In the case of the P2 position, the coupling does not occur in the harmonic signal, and the coupling occurs in the fundamental frequency, so that the antenna may transmit or receive a signal of the fundamental frequency.

도 6은 본 발명에 따른 싸이드 피드의 위치와 폭의 크기를 도시한 것이다. 도 6에 따르면 본 발명에 따른 싸이드 피드는 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 B1 내지 D1인 위치에 배치되거나 B2 내지 D2인 지점에 배치된다. 바람직하게는 B1 내지 D1은 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.2 내지 0.3이고, B2 내지 D2는 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.7 내지 0.8이어야 한다.Figure 6 shows the size of the position and width of the side feed according to the present invention. According to FIG. 6, the side feed according to the present invention is disposed at a position B1 to D1 of the length ratio of the micro strip patch antenna or at a point B2 to D2. Preferably, B1 to D1 should be 0.2 to 0.3 of the length ratio of the micro strip patch antenna, and B2 to D2 should be 0.7 to 0.8 of the length ratio of the micro strip patch antenna.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 싸이드 피드를 동시에 2개를 배치하는 것도 가능하다. 도 6을 참조하면, 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 B1 내지 D1인 지점에 배치되는 제 1 피드, 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 B2 내지 D2인 지점에 배치되는 제 2 피드를 동시에 마이크로 스트립 패치 안테나에 배치시킨다. 바람직하게는, 제 1 피드와 제 2 피드는 길이방향으로 대칭인 지점에 배치된다. 마이크로 스트립 패치 안테나에 동시에 제 1 피드와 제 2 피드를 배치시키면 패치 안테나가 수신한 고주파신호 중에서, 고조파성분을 더 효율적으로 제거할 수 있다.It is also possible to arrange two side feeds of the microstrip patch antenna according to the invention at the same time. Referring to FIG. 6, a microstrip patch is simultaneously applied to a first feed disposed at a point B1 to D1 of the length ratio of the micro strip patch antenna, and a second feed disposed at a point B2 to D2 of the length ratio of the micro strip patch antenna. Place it on the antenna. Preferably, the first feed and the second feed are disposed at points symmetric in the longitudinal direction. Placing the first feed and the second feed at the same time on the micro strip patch antenna can more efficiently remove harmonic components from the high frequency signals received by the patch antenna.

피드의 폭의 길이(X＇)는 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이(X) 와의 상대적 비율이 0.05 이하 이어야 한다. 피드의 폭의 길이(X＇)가 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이(X)와의 상대적 비율이 0.05 이상이 되어 피드의 폭의 크기가 전자장이 분포하는 널(null)위치를 초과할경우 고조파 성분을 제거하는데에 있어 오차가 발생한다. The length X of the width of the feed should be less than 0.05 relative to the length X of the microstrip patch antenna. If the width of the feed (X ＇) is greater than 0.05 relative to the length (X) of the microstrip patch antenna, the harmonic content is removed when the width of the feed exceeds the null position where the electromagnetic field is distributed. Error occurs.

도 7a는 기본 주파수일때의 패치 안테나의 피드 위치에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이고, 도 7b는 고조파일때의 패치 안테나의 피드 위치에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다. 반사손실은 입력된 신호와 반향으로 되돌아 오는 신호와의 비를 데시벨(dB)로 나타낸 것이다.FIG. 7A is a graph showing the return loss according to the feed position of the patch antenna at the fundamental frequency, and FIG. 7B is a graph showing the return loss according to the feed position of the patch antenna at the high frequency pile. Return loss is the ratio of the input signal to the return signal in decibels (dB).

도 6과 도 7a을 참조하면 기본 주파수에서는 어느 정도의 차이는 있지만 싸이드 피드의 위치(B, C, E)에 관계없이 패치 안테나는 동작함을 알 수 있다.6 and 7A, although there are some differences in the fundamental frequency, it can be seen that the patch antenna operates regardless of the positions B, C, and E of the side feed.

한편, 도 6과 도 7b를 참조하면 제 2 차 고조파에서는 C의 위치에서는 패치 안테나는 동작하지 않는 반면, B 와 E의 위치에서는 패치 안테나는 여전히 동작함 을 알 수 있다.On the other hand, referring to Figures 6 and 7b it can be seen that the patch antenna does not operate at the position of C in the second harmonic, while the patch antenna still operates at the positions of B and E.

도 8은 종래 패치 안테나와 본 발명의 주파수에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, 기본 주파수에서는 종래의 패치 안테나(801)와 본 발명에 따른 패치 안테나(800) 모두 동작한다. 그러나 제 2 차 고조파에서는 종래의 패치 안테나(811)는 동작하는 반면, 본 발명에 따른 패치 안테나(810)는 동작하지 않는다.8 is a graph showing the return loss according to the conventional patch antenna and the frequency of the present invention. Referring to FIG. 8, both the conventional patch antenna 801 and the patch antenna 800 according to the present invention operate at the fundamental frequency. However, in the second harmonic, while the conventional patch antenna 811 operates, the patch antenna 810 according to the present invention does not operate.

도 9는 본 발명에 따른 도파관 체배기의 내부구조의 개략도이다. 50Ghz 이상의 주파수 대역에서 고출력 신호를 생성하기 위해서는 체배기(frequency doubler)를 많이 사용한다. 한편 도파관 내부에 회로를 삽입한 도파관 형태의 소자는 다른 부품과 연결이 쉽다. 따라서 본 발명은 도파관 구조의 체배기를 개시한다. 도 9에서 도시하는 바와 같이 도파관 구조의 체배기는 도파관(900)의 입력신호(920)를 체배기(910)의 입력회로에서 마이크로 스트립 환경의 신호로 변환하고, 다시 마이크로 스트립 환경의 신호를 체배기(910)의 출력회로에서 도파관(900)의 출력신호로 변환시킨다. 이 구조는 안테나를 평면으로 배치시키고 입,출력 한쪽으로 신호가 방사가 되게하여 회로의 제작을 용이하게 하고, 체배기의 효율을 향상시킨다.9 is a schematic diagram of an internal structure of a waveguide multiplier according to the present invention. Frequency doublers are frequently used to generate high power signals in the 50 GHz or higher frequency band. On the other hand, a waveguide type element having a circuit inserted inside the waveguide can be easily connected to other components. Accordingly, the present invention discloses a multiplier of waveguide structure. As shown in FIG. 9, the multiplier of the waveguide structure converts the input signal 920 of the waveguide 900 into a signal of the micro strip environment in the input circuit of the multiplier 910, and then converts the signal of the micro strip environment into the multiplier 910. Is converted into an output signal of the waveguide 900 in the output circuit. This structure facilitates the fabrication of the circuit and improves the efficiency of the multiplier by arranging the antenna in a plane and causing the signal to radiate to one of the input and the output.

도 10은 본 발명에 따른 체배기의 회로도이다. 체배기(frequency doubler) 회로설계에 있어서 출력단의 기본 주파수(f0) 주파수 성분을 제거하기 위한 필터 구조가 필수적이다. 하지만 필터는 크기가 커서 고주파 도파관에 삽입하기에는 적당하지 않으므로 본 발명은 푸시풀(push-pull) 방식으로 트랜지스터를 배열함에 따라 출력의 기본 주파수(f0) 성분을 상쇄하는 회로를 가지는 체배기를 개시한다.10 is a circuit diagram of a multiplier according to the present invention. In the design of a frequency doubler circuit, a filter structure for removing the fundamental frequency (f 0 ) frequency component of the output stage is essential. However, since the filter is large and not suitable for insertion into a high frequency waveguide, the present invention discloses a multiplier having a circuit that cancels the fundamental frequency (f 0 ) component of the output as the transistors are arranged in a push-pull manner. .

푸시풀(push-pull) 방식의 트랜지스터 배열에는 입력에 신호의 위상을 180° 바꿔주는 하이브리드(Hybrid)가 필요하다. 하지만 하이브리드(Hybrid)는 구조적으로 많은 면적을 차지하므로 크기가 작은 고주파 도파관에 삽입하기에는 부적합하다. 따라서, 본 발명에서는 180°위상차를 주기 위해서 입력측의 안테나(1000, 1001)를 2개 사용하고, 싸이드 피드의 위치를 조정한다. 도 5를 참조하면 B1 과 D1 사이의 위치에 피드를 배치한 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나(1000)와 B2 와 D2 사이의 위치에 피드를 배치한 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나(1001)를 동시에 입력회로에 적용시킴으로써 하이브리드(Hybrid)를 사용하지 않고도 180°위상차를 가지는 신호를 만들어낼 수 있다. 180°위상차를 가지는 신호는 제 1 피드(1010)와 제 2 피드(1011)에서 기본 주파수를 제외한 제 2 차 고조파가 제거되고, 제 1 피드(1010)와 제 2 피드(1011)의 신호는 제 1 능동소자(1020)와 제 2 능동소자(1021)에서 증폭되어, 제 1 능동소자(1020)와 제 2 능동소자(1021)로부터 2배의 주파수를 가지는 신호가 생성된다. 출력측의 피드(1030)는 이 신호들을 합성하여 출력 주파수를 생성하고, 제 3 마이크로 스트립 패치 안테나(1040)는 생성된 고주파 신호를 출력한다.Push-pull transistor arrays require a hybrid to change the phase of the signal by 180 ° at the input. Hybrids, however, occupy a large area structurally and are not suitable for insertion into small, high frequency waveguides. Therefore, in the present invention, two antennas 1000 and 1001 on the input side are used to give a 180 ° phase difference, and the position of the side feed is adjusted. Referring to FIG. 5, an input circuit of a first micro strip patch antenna 1000 having a feed disposed at a position between B1 and D1 and a second micro strip patch antenna 1001 having a feed disposed at a position between B2 and D2 is simultaneously input. By applying this method, a signal with 180 ° phase difference can be produced without using a hybrid. In the signal having a 180 ° phase difference, the second harmonic except for the fundamental frequency is removed from the first feed 1010 and the second feed 1011, and the signals of the first feed 1010 and the second feed 1011 are removed. Amplified by the first active element 1020 and the second active element 1021, a signal having a double frequency from the first active element 1020 and the second active element 1021 is generated. The feed 1030 on the output side synthesizes these signals to generate an output frequency, and the third micro strip patch antenna 1040 outputs the generated high frequency signal.

본 발명에서는 안테나와 체배기를 단일회로로 설계하고 있다. 전체 회로는 입력 회로(1100), 공통 접지(미도시) 그리고 출력회로(1160)로 구성되어 있다.In the present invention, the antenna and the multiplier are designed in a single circuit. The entire circuit consists of an input circuit 1100, a common ground (not shown) and an output circuit 1160.

도 11a는 본 발명에 따른 패치 안테나와 체배기를 결합한 입력회로(1100)의 레이아웃이다. 입력회로(1100)는 기본주파수(f0) 도파관 신호를 마이크로 스트립 환경의 신호로 변환시키는 안테나(1110), 주파수를 증폭시키는 트랜지스터(1120), 입력회로와 출력회로를 연결시키는 비아(1130)를 포함하는 구조로 구성되어 있으며, 도파관과 PCB 기판 연결부분에서 발생할 수 있는 손실(Loss)을 막기 위해 PCB 기판 주위에 비아(1140)가 배열된다. 입력회로(1100)의 입력안테나(1110)는 체배기의 높은 효율을 위해 본 발명의 제 2 차 고조파를 제거하기 위한 싸이드 피드를 적용한 마이크로 스트립 패치 안테나를 사용한다. 도 6 을 참조하면, 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나의 제 1 피드는 B1 과 D1 사이에 배치시키고, 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나의 제 2 피드는 B2 와 D2 사이에 배치시켜, 출력 신호의 위상차가 180°가 되도록 설계하여, 트랜지스터 출력의 홀수차 고조파 신호가 상쇄되도록 한다.11A is a layout of an input circuit 1100 combining a patch antenna and a multiplier according to the present invention. The input circuit 1100 includes an antenna 1110 for converting a fundamental frequency f 0 waveguide signal into a signal in a microstrip environment, a transistor 1120 for amplifying a frequency, and a via 1130 for connecting an input circuit and an output circuit. A via 1140 is arranged around the PCB substrate to prevent losses that may occur in the waveguide and the PCB substrate connection portion. The input antenna 1110 of the input circuit 1100 uses a microstrip patch antenna to which a side feed for removing the second harmonic of the present invention is applied for high efficiency of the multiplier. Referring to FIG. 6, the first feed of the first micro strip patch antenna is disposed between B1 and D1, and the second feed of the second micro strip patch antenna is disposed between B2 and D2, so that the phase difference of the output signal is 180. It is designed so that the odd order harmonic signal at the transistor output is canceled out.

도 11b는 본 발명에 따른 패치 안테나와 체배기를 결합한 출력회로(1160)의 레이아웃이다. 출력회로(1160)는 증폭된 고주파(2f0)의 마이크로 스트립 신호를 도파관 형태의 신호로 전달시켜주는 안테나(1150), 입력회로와 연결된 크로스 비아(1131)로 구성되어 있다. 도 5를 참조하면, 제 3 마이크로 스트립 패치 안테나의 제 3 피드는 P1지점을 기준으로 배치시켜 기본 주파수(f0)의 출력을 막고, 증폭된 주파수(2f0)만 출력되도록 한다.11B is a layout of an output circuit 1160 combining a patch antenna and a multiplier according to the present invention. The output circuit 1160 includes an antenna 1150 for transmitting the amplified high frequency wave 2f 0 as a waveguide signal, and a cross via 1131 connected to the input circuit. Referring to FIG. 5, the third feed of the third micro strip patch antenna is arranged based on the point P1 to block the output of the fundamental frequency f 0 , and output only the amplified frequency 2f 0 .

도 12는 본 발명에 따른 체배기의 블록도이다. 도 12를 참조하면 체배기는 제 1 입력회로부(1200) 와 제 2 입력회로부(1210) 그리고 출력회로부(1220)로 구성 된다.12 is a block diagram of a multiplier according to the present invention. Referring to FIG. 12, the multiplier includes a first input circuit unit 1200, a second input circuit unit 1210, and an output circuit unit 1220.

제 1 입력회로부(1200)에서, 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나(1201)는 고주파의 신호(f0)를 수신하여 고주파의 신호를 마이크로 스트립 환경의 신호로 변환한다.In the first input circuit unit 1200, the first micro strip patch antenna 1201 receives a high frequency signal f 0 and converts a high frequency signal into a signal of a micro strip environment.

제 1 피드(1202)는 마이크로 스트립 환경의 신호 성분중에서 고조파를 제거하여 기본주파수만을 통과시킨다. 본 발명은 마이크로 스트립 패치 안테나의 피드를 적절하게 배치시킴으로써, 필터 없이도 고조파를 제거할 수 있다.The first feed 1202 removes harmonics from the signal components of the microstrip environment and passes only the fundamental frequency. According to the present invention, by properly placing the feed of the micro strip patch antenna, harmonics can be eliminated without a filter.

제 1 능동소자(1203)는 제 1 피드(1202)의 신호를 증폭시켜 제 2차 고조파를 생성한다.The first active element 1203 generates the second harmonic by amplifying the signal of the first feed 1202.

제 2 입력회로부(1210)에서, 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나(1211)는 고주파의 신호(f0)를 수신하여 고주파의 신호를 마이크로 스트립 환경의 신호로 변환한다.In the second input circuit unit 1210, the second micro strip patch antenna 1211 receives the high frequency signal f 0 and converts the high frequency signal into a signal of the micro strip environment.

제 2 피드(1212)는 마이크로 스트립 환경의 신호 성분중에서 고조파를 제거하고, 기본주파수만을 통과시킨다.The second feed 1212 removes harmonics from the signal components of the microstrip environment and passes only the fundamental frequency.

제 2 능동소자(1213)는 제 2 피드(1212)의 신호를 증폭시킨다.The second active element 1213 amplifies the signal of the second feed 1212.

출력회로부(1220)에서, 제 3 피드는 제 1 입력회로부(1200)의 제 1 능동소자(1203)에서 증폭된 신호와 제 2 입력회로부(1210)의 제 2 능동소자(1213)에서 증폭된 신호를 합성하여 출력회로부(1220)의 제 3 마이크로 스트립 패치 안테나(1222)에서 출력될 신호(2f0)를 생성시킨다. In the output circuit unit 1220, the third feed is a signal amplified by the first active element 1203 of the first input circuit unit 1200 and a signal amplified by the second active element 1213 of the second input circuit unit 1210. Is synthesized to generate a signal 2f 0 to be output from the third micro strip patch antenna 1222 of the output circuit unit 1220.

제 3 마이크로 스트립 패치 안테나(1222)는 제 3 피드에서 합성한 신호를 출력한다. The third micro strip patch antenna 1222 outputs the synthesized signal from the third feed.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체배기의 블록도이다.13 is a block diagram of a multiplier according to another embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나(1300)는 고주파의 신호(f0)를 수신하여 고주파의 신호를 마이크로 스트립 환경의 신호로 변환한다. 그리고 제 1 피드(1311)와 제 2 피드(1312)가 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나(1300)에 동시에 배치됨으로써, 입력측의 안테나의 수가 줄게 된다. 즉, 입력측 마이크로 스트립 패치 안테나의 수를 하나 더 줄임으로써, 체배기의 구조를 더욱 단순화 시킬 수 있다.Referring to FIG. 13, the first micro strip patch antenna 1300 receives a high frequency signal f 0 and converts a high frequency signal into a signal of a micro strip environment. In addition, since the first feed 1311 and the second feed 1312 are simultaneously disposed on the first micro strip patch antenna 1300, the number of antennas on the input side is reduced. That is, the structure of the multiplier can be further simplified by reducing the number of input side microstrip patch antennas one more time.

피드부(1310)에서, 제 1 피드(1311)는 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나(1300)가 변환한 마이크로 스트립 환경의 신호 성분중에서 고조파 성분을 제거하여 기본주파수만을 통과시킨다. 그리고 제 1 피드(1311)는 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나(1300)의 길이 비율의 0.2 내지 0.3인 위치에 배치된다.In the feed unit 1310, the first feed 1311 removes harmonic components from signal components of the micro strip environment converted by the first micro strip patch antenna 1300 to pass only the fundamental frequency. The first feed 1311 is disposed at a position of 0.2 to 0.3 of the length ratio of the first micro strip patch antenna 1300.

피드부(1310)에서, 제 2 피드(1312)는 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나(1300)가 변환한 마이크로 스트립 환경의 신호 성분중에서 고조파 성분을 제거하여 기본주파수만을 통과시킨다. 그리고 제 2 피드(1312)는 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나(1300)의 길이 비율의 0.7 내지 0.8인 위치에 배치된다.In the feed unit 1310, the second feed 1312 removes harmonic components from signal components of the micro strip environment converted by the first micro strip patch antenna 1300 to pass only the fundamental frequency. The second feed 1312 is disposed at a position of 0.7 to 0.8 of the length ratio of the first micro strip patch antenna 1300.

능동소자부(1320)에서, 제 1 능동소자(1321)는 제 1 피드(1311)의 신호를 증폭하여 제 2 차 고조파를 생성한다.In the active element unit 1320, the first active element 1321 generates a second harmonic by amplifying a signal of the first feed 1311.

능동소자부(1320)에서, 제 2 능동소자(1322)는 제 2 피드(1312)의 신호를 증폭하여 제 2 차 고조파를 생성한다.In the active element unit 1320, the second active element 1322 generates a second harmonic by amplifying the signal of the second feed 1312.

제 3 피드(1330)는 제 1 능동소자(1321)에서 증폭된 신호와 제 2 능동소자(1322)에서 증폭된 신호를 합성하여 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나(1340)에서 출력될 신호를 생성시킨다.The third feed 1330 synthesizes a signal amplified by the first active element 1321 and a signal amplified by the second active element 1322 to generate a signal to be output from the second micro strip patch antenna 1340.

제 2 마이크로 스트립 패치 안테나(1340)는 제 3 피드(1330)에서 합성한 신호를 출력한다.The second micro strip patch antenna 1340 outputs the synthesized signal from the third feed 1330.

바람직하게는, 제 1 능동소자(1321) 또는 제 2 능동소자(1322)는 트랜지스터일 수 있으며, 보다 바람직하게는 위 트랜지스터는 쌍극 접합 트랜지스터(Bipolar junction transistor, BJT)나 전계효과 트랜지스터(Field effect transistor, FET)일 수 있다. Preferably, the first active element 1321 or the second active element 1322 may be a transistor, and more preferably, the transistor may be a bipolar junction transistor (BJT) or a field effect transistor. , FET).

도 14는 본 발명에 따른 체배방법의 흐름도이다. 14 is a flowchart of a multiplication method according to the present invention.

먼저, 고주파 신호(f0)를 수신하여 마이크로 스트립 환경의 신호로 변환한다(1400 과정). 즉, 도파관 형태의 고주파 신호를 체배기에서 신호를 증폭하기 위해서 마이크로 스트립 환경의 신호로 변환하는 것이다.First, a high frequency signal f 0 is received and converted into a signal of a microstrip environment (step 1400). In other words, the high-frequency signal in the waveguide form is converted into a signal in a microstrip environment in order to amplify the signal in the multiplier.

변환된 신호중에서 기본 주파수(f0)를 제외한 고조파 성분을 모두 제거한다(1410 과정). 본 발명의 싸이드 피드는 종래 패치 안테나의 필터의 역할을 한다. 따라서 간단한 구조의 변경만으로 필터를 제거하여 회로의 크기를 최소화 할 수 있다.The harmonic components other than the fundamental frequency f 0 are removed from the converted signal (step 1410). The side feed of the present invention serves as a filter of the conventional patch antenna. Therefore, it is possible to minimize the circuit size by removing the filter by simply changing the structure.

신호를 증폭하여 제 2 차 고조파(2f0)를 생성한다(1420 과정). 능동소자(1203, 1213)는 체배기에서 출력시킬 고주파를 생성하기 위하여 기본 주파수(f0)를 증폭하는 중요한 역할을 담당하고 있다.The signal is amplified to generate a second harmonic 2f 0 (step 1420). The active devices 1203 and 1213 play an important role of amplifying the fundamental frequency f 0 to generate a high frequency to be output from the multiplier.

생성된 두 고조파는 비아를 통과하고, 출력회로의 제 3 피드(1221)는 두 신호를 합성하여 고주파 신호(2f0)를 생성한다(1430 과정). 제 1 능동소자(1203)와 제 2 능동소자(1213)로부터 생성된 고조파는 180°의 위상차를 가지고 있으므로 제 3 피드(1221)는 두 신호를 합성하여 홀수차의 고조파를 제거한다. 그리고 입력회로(1100)의 마이크로 스트립 패치 안테나의 피드의 위치와는 달리 출력회로의 마이크로 스트립 패치 안테나는 고주파(2f0)를 동작주파수로 가지며, 길이부의 중앙에 피드가 배치됨으로써, 기본 주파수(f0)의 출력은 차단되고, 고주파 신호(2f0)만 생성된다.The generated two harmonics pass through the via, and the third feed 1221 of the output circuit combines the two signals to generate a high frequency signal 2f 0 (step 1430). Since the harmonics generated from the first active element 1203 and the second active element 1213 have a phase difference of 180 °, the third feed 1221 combines the two signals to remove odd-order harmonics. Unlike the position of the feed of the microstrip patch antenna of the input circuit 1100, the microstrip patch antenna of the output circuit has a high frequency 2f 0 as an operating frequency, and the feed is disposed at the center of the length, thereby providing a fundamental frequency f. The output of 0 ) is cut off and only a high frequency signal 2f 0 is generated.

생성된 고주파 신호(2f0)를 출력한다(1440 과정). 제 3 마이크로 스트립 패치 안테나(1222)는 제 3 피드(1221)의 신호를 마이크로 스트립 환경의 신호로 변환하여 도파관 형태의 고주파 신호(2f0)를 출력한다.The generated high frequency signal 2f 0 is output (step 1440). The third micro strip patch antenna 1222 converts a signal of the third feed 1221 into a signal of a micro strip environment, and outputs a waveguide type high frequency signal 2f 0 .

그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 하기 위하여 제공되어지는 것이다.  However, embodiments of the present invention can be modified in many different forms, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. Embodiments of the present invention are provided to those skilled in the art to make the present invention more complete.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 패치 안테나는 필터나 비아등의 특별한 수단 없이, 패치 안테나의 싸이드 피드의 위치를 구조적으로 변경시킴으로써 소형의 구조로 제작되므로 제조원가를 획기적으로 절감하는 효과가 있다.As described above, the patch antenna according to the present invention is manufactured in a compact structure by structurally changing the position of the side feed of the patch antenna without any special means such as a filter or a via, thereby significantly reducing the manufacturing cost.

또한 본 발명에 따른 체배기는 필터와 하이브리드(Hybrid)를 가지지 않아 소형의 체배기의 구조를 가지므로 핸드폰, 무선 램 등 무선통신 분야에서 간단히 적용 가능하며, 제조원가를 획기적으로 절감하는 효과가 있다.In addition, the multiplier according to the present invention does not have a filter and hybrid (Hybrid) has a structure of a small multiplier can be easily applied in the field of wireless communication, such as mobile phones, wireless RAM, and has the effect of dramatically reducing the manufacturing cost.

Claims (22)

유전체기판;Dielectric substrate; 상기 유전체기판의 유전체층 상부에 실장되고, 소정의 신호를 수신하는 사각형의 마이크로 스트립 패치 안테나; 및A rectangular microstrip patch antenna mounted on the dielectric layer of the dielectric substrate and receiving a predetermined signal; And 상기 신호가 수신되는 방향과 직교하는 방향의 모서리에 배치되어 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 기본주파수를 제외한 고조파를 제거하는 피드; A feed disposed at an edge in a direction orthogonal to a direction in which the signal is received to remove harmonics except for a fundamental frequency of the microstrip patch antenna; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이드 피드를 적용한 패치 안테나.Patch antenna to which the side feed is applied, characterized in that it comprises a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피드는 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.2 내지 0.3인 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 싸이드 피드를 적용한 패치 안테나.The feed antenna is applied to the side feed patch antenna, characterized in that disposed at a point of 0.2 to 0.3 of the length ratio of the microstrip patch antenna. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피드는 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.2 내지 0.3인 위치에 배치되는 제 1 피드; 및 The feed is a first feed disposed in a position of 0.2 to 0.3 of the length ratio of the micro strip patch antenna; And 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.7 내지 0.8인 위치에 배치되는 제 2 피드를 포함하는 것을 특징으로 하는 싸이드 피드를 적용한 패치 안테나.And a second feed disposed at a position of 0.7 to 0.8 of the length ratio of the micro strip patch antenna. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피드의 폭의 길이는 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.05보다 작은 것을 특징으로 하는 싸이드 피드를 적용한 패치 안테나.The length of the width of the feed is a patch antenna to which the side feed is applied, characterized in that less than 0.05 of the length ratio of the microstrip patch antenna. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피드는 동축 케이블인 것을 특징으로 하는 싸이드 피드를 적용한 패치 안테나.The feed antenna is a patch antenna to which the feed is applied, characterized in that the coaxial cable. 고주파 신호를 수신하는 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나와, 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 기본주파수를 제외한 고조파를 제거하는 제 1 피드와, 상기 피드의 기본주파수의 제 2 차 고조파를 생성시키는 제 1 능동소자를 포함하는 제 1 입력회로부;A first microstrip patch antenna for receiving a high frequency signal, a first feed for removing harmonics except for a fundamental frequency of the microstrip patch antenna, and a first active element for generating a second harmonic of the fundamental frequency of the feed; A first input circuit unit comprising; 고주파 신호를 수신하는 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나와, 상기 마이크로 스트립 패치 안테나의 기본주파수를 제외한 고조파를 제거하는 제 2 피드와, 상기 피드의 기본주파수의 제 2 차 고조파를 생성시키는 제 2 능동소자를 포함하는 제 2 입력회로부; 및A second microstrip patch antenna for receiving a high frequency signal, a second feed for removing harmonics other than the fundamental frequency of the microstrip patch antenna, and a second active element for generating a second harmonic of the fundamental frequency of the feed; A second input circuit unit comprising; And 상기 제 1 입력회로부에서 생성된 신호와 상기 제 2 입력회로부에서 생성된 신호를 합성하여 고주파 신호를 생성하는 제 3 피드와 상기 고주파 신호를 출력하는 제 3 마이크로 스트립 패치 안테나를 포함하는 출력회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.And an output circuit unit including a third feed generating a high frequency signal by synthesizing a signal generated by the first input circuit unit and a signal generated by the second input circuit unit, and a third micro strip patch antenna configured to output the high frequency signal. Multiplier applying a patch antenna, characterized in that. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 능동소자부에서 생성된 신호를 제 3 피드로 전송하는 비아를 포함하는 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.And a via for transmitting a signal generated by the active element to a third feed. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 피드는 상기 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.2 내지 0.3인 위치에 배치되고, The first feed is disposed at a position that is 0.2 to 0.3 of a length ratio of the first micro strip patch antenna, 상기 제 2 피드는 상기 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.7 내지 0.8인 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The second feeder is a multiplier with a patch antenna, characterized in that arranged in a position of 0.7 to 0.8 of the length ratio of the second micro strip patch antenna. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 3 피드는 상기 제 3 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.5 인 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.And the third feed is arranged at a point that is 0.5 of the length ratio of the third micro strip patch antennas. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 피드의 폭의 길이는 상기 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 1, wherein the width of the first feed is 0.05 or less of the length ratio of the first micro strip patch antennas. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 2 피드의 폭의 길이는 상기 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.05이하인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 2, wherein the length of the width of the second feed is 0.05 or less of the length ratio of the second micro strip patch antennas. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 3 피드의 폭의 길이는 상기 제 3 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.05이하인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 3, wherein the width of the third feed is 0.05 or less of the length ratio of the third micro strip patch antennas. 고주파 신호를 수신하는 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나;A first micro strip patch antenna for receiving a high frequency signal; 상기 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나의 기본주파수를 제외한 고조파를 제거하는 제 1 피드와 제 2 피드를 포함하는 피드부;A feed part including a first feed and a second feed to remove harmonics except for a fundamental frequency of the first micro strip patch antenna; 상기 제 1 피드의 기본주파수의 제 2 차 고조파를 생성시키는 제 1 능동소자와 상기 제 2 피드의 기본주파수의 제 2 차 고조파를 생성시키는 제 2 능동소자를 포함하는 능동소자부; An active element unit including a first active element for generating a second harmonic of the fundamental frequency of the first feed and a second active element for generating a second harmonic of the fundamental frequency of the second feed; 상기 제 1 능동소자의 신호와 상기 제 2 능동소자의 신호를 합성하여 고주파 신호를 생성하는 제 3 피드; 및A third feed configured to synthesize a signal of the first active element and a signal of the second active element to generate a high frequency signal; And 상기 고주파 신호를 출력하는 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기. And a second micro strip patch antenna for outputting the high frequency signal. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 1 피드는 상기 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.2 내지 0.3인 위치에 배치되고, The first feed is disposed at a position that is 0.2 to 0.3 of a length ratio of the first micro strip patch antenna, 상기 제 2 피드는 상기 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.7 내지 0.8인 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The second feeder is a multiplier with a patch antenna, characterized in that arranged in a position of 0.7 to 0.8 of the length ratio of the second micro strip patch antenna. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 1 피드의 폭의 길이는 상기 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 1, wherein the width of the first feed is 0.05 or less of the length ratio of the first micro strip patch antennas. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 2 피드의 폭의 길이는 상기 제 1 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 2, wherein the length of the width of the second feed is 0.05 or less of the length ratio of the first micro strip patch antennas. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 3 피드는 상기 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나의 길이 비율의 0.5 인 지점에 배치되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.And wherein the third feed is disposed at a point of 0.5 of the length ratio of the second micro strip patch antennas. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 3 피드의 폭의 길이는 상기 제 2 마이크로 스트립 패치 안테나의 길 이 비율의 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 3, wherein the width of the third feed is 0.05 or less of the length ratio of the second micro strip patch antenna. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 1 능동소자는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 1, wherein the first active element is a transistor. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 트랜지스터는 쌍극 접합 트랜지스터 또는 전계효과 트랜지스터 중 어느하나인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.And the transistor is either a bipolar junction transistor or a field effect transistor. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제 2 능동소자는 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 2, wherein the second active element is a transistor. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 트랜지스터는 쌍극 접합 트랜지스터 또는 전계효과 트랜지스터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 패치 안테나를 적용한 체배기.The multiplier of claim 1, wherein the transistor is either a bipolar junction transistor or a field effect transistor.
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