KR100714201B1 - Ultra wide-band antenna - Google Patents

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KR100714201B1
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박성욱
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Abstract

본 발명은 광대역 주파수에서 안테나 공진을 유도하며 특정 주파수에서의 특성을 개선하는데 적합한 초 광대역 안테나(Ultra wide-band antenna)에 관한 것으로, 유전체 기판과, 유전체 기판 전면에 형성된 직육면체 형태의 패치 구조인 전면 금속도체와, 유전체 기판 전면의 일측에 형성되어 전면 금속도체를 단락시켜 급전하는 급전용 금속도체와, 유전체 기판 전면의 타측에 형성되는 접지용 금속도체와, 유전체 기판 배면에 형성된 직육면체 형태의 패치 구조인 배면 금속도체와, 전면 금속도체 및 배면 금속도체를 원통형 또는 반원통형으로 관통하고 그 측면이 금속으로 도포되어 전면 금속도체와 배면 금속도체를 전기적으로 단락시켜 안테나의 유도성 성분을 증가시키는 비아홀을 포함한다. 본 발명에 의하면, 급전 부분의 금속도체와 접지 부분의 금속도체가 동일한 평면상에 존재하고 전면 및 배면 금속도체가 직육면체 패치 구조이기 때문에 안테나 소형화에 크게 기여할 수 있다. 이렇게 소형화된 크기에도 불구하고 본 발명은 넓은 공진 대역을 지니고 있을 뿐만 아니라 여러 개의 튜닝 포인트(tuning point)를 선정할 수 있기 때문에, 필요한 사용 주파수 대역에서의 선택적 사용이 가능하다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ultra wide-band antenna suitable for inducing antenna resonance at a wide frequency and improving characteristics at a specific frequency. The present invention relates to a dielectric substrate and a front face having a rectangular parallelepiped patch structure formed on the front surface of the dielectric substrate. A metal conductor, a power feeding metal conductor formed on one side of the front surface of the dielectric substrate to short-circuit the front metal conductor, a grounding metal conductor formed on the other side of the dielectric substrate front surface, and a rectangular parallelepiped patch structure formed on the back surface of the dielectric substrate. Phosphorous back metal conductor, the front metal conductor and the back metal conductor penetrate in a cylindrical or semi-cylindrical shape, and the side is coated with metal to electrically short the front metal conductor and the back metal conductor to increase the inductive component of the antenna. Include. According to the present invention, since the metal conductor of the feed portion and the metal conductor of the ground portion are present on the same plane, and the front and back metal conductors have a rectangular parallelepiped patch structure, it can greatly contribute to antenna miniaturization. In spite of this miniaturization, the present invention not only has a wide resonance band but can also select a plurality of tuning points, thereby enabling selective use in a required use frequency band.

마이크로스트립 라인, 반사손실, V.S.W.R. Microstrip Line, Return Loss, V.S.W.R.

Description

초 광대역 안테나{ULTRA WIDE-BAND ANTENNA}Super wideband antenna {ULTRA WIDE-BAND ANTENNA}

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 초 광대역 안테나의 일 형태,1A and 1B illustrate one form of an ultra wideband antenna according to the prior art,

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 초 광대역 안테나의 다른 형태,2a and 2b show another form of ultra-wideband antenna according to the prior art,

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도,3A to 3E are perspective views of an ultra broadband antenna according to an embodiment of the present invention;

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도,4A to 4E are perspective views of an ultra wideband antenna according to another embodiment of the present invention;

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도,5A to 5E are perspective views of an ultra wideband antenna according to another embodiment of the present invention;

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도,6A to 6C are perspective views of an ultra wideband antenna according to another embodiment of the present invention;

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도,7A and 7B are perspective views of an ultra wideband antenna according to another embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 변형 가능한 금속도체 구조의 예시도,8 is an exemplary view of a metal conductor structure deformable according to a preferred embodiment of the present invention;

도 9a는 도 3a 내지 도 3e의 초 광대역 안테나에 대한 반사손실(return loss)을 나타낸 그래프,9A is a graph showing return loss for the ultra wideband antenna of FIGS. 3A to 3E;

도 9b는 도 3a 내지 도 3e의 초 광대역 안테나에 대한 V.S.W.R. 특성을 나타낸 그래프,FIG. 9B illustrates the V.S.W.R. for the ultra wideband antenna of FIGS. 3A-3E. Graph showing characteristics,

도 9c는 도 3a 내지 도 3e의 초 광대역 안테나에 대한 방사패턴 특성을 나타낸 그래프,FIG. 9C is a graph showing radiation pattern characteristics of the ultra wideband antenna of FIGS. 3A to 3E;

도 10a 및 도 10b는 도 6a 내지 도 6c의 초 광대역 안테나에 대한 반사손실, V.S.W.R. 특성을 각각 나타낸 그래프,10A and 10B show return loss, V.S.W.R. for the ultra wideband antenna of FIGS. 6A-6C. A graph showing each characteristic,

도 10c 및 도 10d는 도 6a 내지 도 6c의 초 광대역 안테나에 대한 방사패턴 특성을 각각 나타낸 그래프,10C and 10D are graphs illustrating radiation pattern characteristics of the ultra wideband antennas of FIGS. 6A to 6C, respectively.

도 11a 및 도 11b는 도 6a 내지 도 6c의 초 광대역 안테나에서 헬리컬 형태의 금속도체(624)와 안테나 전면 금속도체(610) 상의 비아홀 중 급전 부분의 비아홀을 제거한 경우의 리턴 손실, V.S.W.R. 특성을 각각 나타낸 그래프,11A and 11B illustrate a return loss when a via hole of a feed portion of a via hole on a helical metal conductor 624 and a via hole on an antenna front metal conductor 610 is removed in the ultra wideband antenna of FIGS. 6A to 6C. A graph showing each characteristic,

도 11c 및 도 11d는 도 6a 내지 도 6c의 초 광대역 안테나에서 헬리컬 형태의 금속도체(624)와 안테나 전면 금속도체(610) 상의 비아홀 중 급전 부분의 비아홀을 제거한 경우의 방사패턴 특성을 각각 나타낸 그래프.11C and 11D are graphs illustrating radiation pattern characteristics of the helical metal conductor 624 and the via hole of the feed hole of the via hole on the antenna front metal conductor 610 of the ultra wideband antenna of FIGS. 6A to 6C, respectively. .

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

300, 400, 500, 600, 700 : 안테나300, 400, 500, 600, 700: antenna

302, 402, 502, 602, 702 : 급전용 금속도체302, 402, 502, 602, 702: metal conductor for power supply

304, 404, 504, 604 : 케이블304, 404, 504, 604: Cable

306, 406, 506, 606, 706 : 접지용 금속도체306, 406, 506, 606, 706: Grounding metal conductor

308, 408, 508, 608, 708 : 유전체 기판308, 408, 508, 608, 708: dielectric substrate

310, 410, 510, 610, 710 : 안테나 전면 금속도체310, 410, 510, 610, 710: antenna front metal conductor

312, 412, 512, 612, 712 : 비아홀312, 412, 512, 612, 712: Via Hole

314, 414, 514, 614, 714 : 안테나 배면 금속도체314, 414, 514, 614, 714: antenna back metal conductor

416, 516, 716 : 마이크로스트립 라인416, 516, 716: Microstrip Lines

520 : 커넥터520: Connector

522 : 슬롯522: slot

624 : 헬리컬 형태의 금속도체624: helical metal conductor

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 광대역 주파수에서 안테나 공진을 유도하며 특정 주파수에서의 특성을 개선하는데 적합한 초 광대역 안테나(Ultra wide-band antenna)에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to antennas, and in particular to ultra wide-band antennas, which are suitable for inducing antenna resonance at broadband frequencies and for improving characteristics at certain frequencies.

안테나, 예를 들면 이동통신 서비스에 사용되는 안테나는 전자기파를 자유공간 또는 임의의 매질 속에서 수신하거나 통신기에서 발생한 전기적인 신호를 외부로 전달하는 역할을 하는데, 대표적인 안테나 모델로서 대략 파장의 1/4 정도 길이를 갖는 다이폴(dipole) 또는 모노폴(monopole) 형태를 들 수 있다.Antennas, for example, antennas used in mobile communication services, serve to receive electromagnetic waves in free space or in any medium, or to transmit electrical signals generated from a communication device to the outside. Dipole or monopole types with a degree length can be mentioned.

통상, 넓은 대역에서의 공진을 유도할 수 있는 안테나는 혼(Horn) 안테나, 비발디(Vivaldi) 안테나 등이 있으나, 이러한 종류의 안테나는 광대역 특성은 지니고 있는 반면, 안테나 구조가 크고 복잡하며 저 가격의 대량 생산이 용이하지 않고 특히 지향성 패턴을 가지기 때문에 소형 기기의 제품 적용에는 적합하지 않다는 문제가 있다.In general, antennas capable of inducing resonance in a wide band include Horn antennas and Vivaldi antennas, but these types of antennas have broadband characteristics, while the antenna structure is large, complex, and low-cost. There is a problem in that it is not suitable for the application of small devices because mass production is not easy and particularly has a directional pattern.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래 기술의 일환으로, 국내공개특허공보 제2004-0054107호에서 입력 임피던스 정합 회로가 필요치 않고 입력 임피던스의 주파수 대역폭이 초 광대역 특성을 지니는 소형 평면형 안테나 제조 기술이 제안된 바 있다.As a part of the prior art to solve this problem, Korean Patent Publication No. 2004-0054107 proposed a small planar antenna manufacturing technique in which the input impedance matching circuit is not required and the frequency bandwidth of the input impedance has ultra-wideband characteristics. .

국내공개특허공보 제2004-0054107호에 개시된 초 광대역 소형 평면형 안테나 제조 기술을 간략히 살펴보면, 기판의 앞면에는 모노폴 형태의 방사 소자가 있고, 다른 뒷면에는 두 개 이상의 모노폴이 연결된 형태의 방사 소자가 대칭되게 있으며, 이 중앙에는 앞면의 모노폴 방사 소자의 급전 선로가 형성되게 소정 폭을 갖는 소정 길이의 선로가 구성되도록 함으로써 간단한 구조의 초 광대역 소형 안테나를 제공한다.Briefly looking at the ultra-wideband small planar antenna manufacturing technology disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-0054107, there is a monopole radiating element on the front side of the substrate, and the radiating element connected to two or more monopoles on the other back side is symmetrically. In the center, a line having a predetermined length having a predetermined width is formed to form a feed line of a monopole radiating element on the front side, thereby providing an ultra-wideband small antenna having a simple structure.

이와 같은 종래의 안테나 구조는 급전 구조상 안테나 일측 종단에서 급전이 이루어지고 있으며 유전체를 기준으로 급전 부분의 금속 도체와 접지 부분의 금속 도체가 서로 다른 평면상에 존재하는 것을 특징으로 한다.Such a conventional antenna structure has a power feeding structure at a terminal end of the antenna, and the metal conductor of the feed portion and the metal conductor of the ground portion exist on different planes based on the dielectric.

한편, 도 1a 및 도 1b는 종래의 초 광대역 소형 안테나에 대한 다른 기술을 설명하기 위한 것으로서, Schantz, H.G.; Wolenec, G.; Myszka, E.M., III 등에 의해 제안된 논문 "Frequency notched UWB antennas ; Ultra Wide-band Systems and Technologies, 2003 IEEE Conference on, 16-19 Nov. 2003, Pages : 214 - 218"의 내용을 일부 발췌한 것이다.Meanwhile, FIGS. 1A and 1B illustrate another technique for a conventional ultra-wideband small antenna, and include Schantz, H.G .; Wolenec, G .; A partial excerpt from the article "Frequency notched UWB antennas; Ultra Wide-band Systems and Technologies, 2003 IEEE Conference on, 16-19 Nov. 2003, Pages: 214-218" proposed by Myszka, E.M., III, et al.

도 1a는 이 논문에서 제시하고 있는 안테나 구조를 나타낸 것이며, 도 1b는 이 논문에서 제시하고 있는 안테나 특성을 나타낸 그래프이다. 도 1a 및 도 1b에서와 같이, 이 논문에서 제안하는 안테나는 하나의 유전체의 동일 평면상에 원형의 패치에 슬롯(slot)을 주어 안테나 광대역 공진을 유도하고 있다.Figure 1a shows the antenna structure presented in this paper, Figure 1b is a graph showing the antenna characteristics presented in this paper. As shown in Figs. 1A and 1B, the antenna proposed in this paper induces antenna broadband resonance by giving a slot in a circular patch on the same plane of one dielectric.

다른 한편, 도 2a 및 도 2b는 종래의 초 광대역 소형 안테나에 대한 또 다른 기술을 설명하기 위한 것으로서, Yazdandoost, K.Y.; Kohno, R. 등에 의해 제안된 논문 "Ultra wide-band antenna ; Communications Magazine, IEEE, Volume:42, Issue: 6, June 2004, Pages : S29 - S32"의 내용을 일부 발췌한 것이다.On the other hand, Figures 2a and 2b is for explaining another technique for a conventional ultra-wideband small antenna, Yazdandoost, K.Y .; An excerpt from the paper "Ultra wide-band antenna; Communications Magazine, IEEE, Volume: 42, Issue: 6, June 2004, Pages: S29-S32", proposed by Kohno, R. et al.

도 2a는 이 논문에서 제시하고 있는 안테나 구조를 나타낸 것이며, 도 2b는 이 논문에서 제시하고 있는 안테나 특성을 나타낸 그래프이다. 도 2a 및 도 2b에서와 같이, 이 논문에서 제안하는 안테나는 하나의 유전체의 동일 평면상에 나팔 모양의 패치를 통해 안테나 광대역 공진을 유도하고 있다.Figure 2a shows the antenna structure presented in this paper, Figure 2b is a graph showing the antenna characteristics presented in this paper. As shown in Figs. 2A and 2B, the antenna proposed in this paper induces antenna broadband resonance through a trumpet-shaped patch on the same plane of one dielectric.

이상과 같은 종래의 안테나 구조는 넓은 대역에서의 공진을 유도하면서 이동통신 기기에 적합하도록 소형화되었다는 점이 주목할 만 하나, 사용자가 원하는 사용 환경에서 쉽게 안테나를 최적화할 수 없으며 그 크기에 있어서 여전히 불만족스런 부분이 존재한다는 단점을 지니고 있다.It is noteworthy that the conventional antenna structure as described above has been miniaturized to be suitable for a mobile communication device while inducing resonance in a wide band, but it is not easy to optimize the antenna in a user's desired use environment and is still unsatisfactory in its size. This has the disadvantage of being present.

예컨대, 안테나는 수동 소자로서 다른 회로와는 달리 주변 환경에 따라 그 특성의 차이가 심하기 때문에 적용 환경에 따라 그 구조를 다양하게 변화시킬 필요가 있으며, 전자기술의 급격한 발전으로 향후 이동통신 단말기의 크기가 점점 더 소형화된다는 점을 감안할 때 안테나 크기의 소형화는 지속적으로 연구 개발되어져 야 할 과제이다.For example, an antenna is a passive element, and unlike other circuits, its characteristics vary greatly depending on the surrounding environment. Therefore, the antenna needs to be changed in various ways according to the application environment. Considering that the size of the antenna is getting smaller, the miniaturization of the antenna size is an ongoing research and development task.

본 발명은 상술한 필요성을 감안하고 연구 개발함으로써 얻어진 결과물로서, 안테나의 급전 부분의 금속도체와 접지 부분의 금속도체가 서로 동일한 평면상에 존재하도록 하고 비아 홀 또는 측면 금속도체를 사용하여 크기를 최소화한 초 광대역 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is the result obtained by considering and developing the above-described needs, the metal conductor of the feed portion of the antenna and the metal conductor of the ground portion to exist on the same plane and minimize the size by using via holes or side metal conductors The purpose is to provide an ultra-wideband antenna.

본 발명의 다른 목적은, 직육면체의 패치 형태로 금속도체 패턴을 동일 평면상에 형성하고 비아 홀 또는 측면 금속도체를 사용하여 크기를 최소화한 초 광대역 안테나를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an ultra-wideband antenna in which a metal conductor pattern is formed on the same plane in the form of a patch of a rectangular parallelepiped and minimized in size by using a via hole or a side metal conductor.

본 발명의 또 다른 목적은, 직육면체 패치 형태에 부가하여 적어도 하나 이상의 변형된 패치 구조를 금속도체 패턴에 적용함으로써 다양한 환경에 적응적으로 대처할 수 있는 초 광대역 안테나를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide an ultra wideband antenna capable of adaptively adapting to various environments by applying at least one modified patch structure to a metal conductor pattern in addition to a rectangular patch shape.

본 발명의 또 다른 목적은, 안테나 상에 헬리컬(Helical) 형태의 금속도체 또는 패턴을 적용함으로써 특정 대역에서의 주파수 특성을 개선하도록 한 초 광대역 안테나를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an ultra-wideband antenna to improve frequency characteristics in a specific band by applying a helical metal conductor or pattern on the antenna.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초 광대역 주파수 대역폭과 전방향성 방사 패턴 특성을 갖는 안테나로서, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판 전면에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 전면 금속도체와, 상기 유전체 기판 배면에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 배면 금속도체와, 상기 유전체 기판 전면의 일측에 형성되어 상기 전면 금속도체를 단락시켜 급전하는 급 전용 금속도체와, 상기 유전체 기판 전면의 타측에 형성되는 접지용 금속도체와, 상기 전면 금속도체 및 상기 배면 금속도체를 관통하며 그 측면이 금속으로 도포되는 비아홀을 포함하는 초 광대역 안테나를 제공한다.According to an embodiment of the present invention for achieving this object, an antenna having an ultra-wide frequency bandwidth and omni-directional radiation pattern characteristics, and a dielectric substrate, a front metal conductor formed of a patch structure in the form of a rectangular parallelepiped on the front surface of the dielectric substrate; And a back metal conductor formed in a rectangular parallelepiped patch structure on the back surface of the dielectric substrate, a metal conductor for power supply formed on one side of the front surface of the dielectric substrate to short-circuit the front metal conductor, and formed on the other side of the front surface of the dielectric substrate. Provided is an ultra-wideband antenna including a grounding metal conductor, and a via hole penetrating through the front metal conductor and the back metal conductor and coated on a side thereof with a metal.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따르면, 초 광대역 주파수 대역폭과 전방향성 방사 패턴 특성을 갖는 안테나로서, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판 전면에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 전면 금속도체와, 상기 유전체 기판 배면에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 배면 금속도체와, 상기 유전체 기판 전면 및 배면의 일측에 마이크로스트립 라인 형태로 형성되어 상기 전면 금속도체를 단락시켜 급전하는 급전용 금속도체와, 상기 유전체 기판 배면에 일부 형성되는 접지용 금속도체와, 상기 접지용 금속도체에 상기 급전용 금속도체를 포함하도록 형성되어 상기 안테나 특성을 조절하는 슬롯을 포함하는 초 광대역 안테나를 제공한다.According to another embodiment for achieving the object of the present invention, there is provided an antenna having an ultra-wideband bandwidth and omnidirectional radiation pattern characteristics, a dielectric substrate, a front metal conductor formed in a patch structure in the form of a rectangular parallelepiped on the front surface of the dielectric substrate, A back metal conductor formed in a rectangular parallelepiped patch structure on the back surface of the dielectric substrate, a microstrip line on one side of the front surface and the back surface of the dielectric substrate, and a power supply metal conductor that short-circuits the front metal conductor to supply power, and the dielectric material Provided is an ultra-wideband antenna including a grounding metal conductor partially formed on the back surface of the substrate, and a slot configured to include the power feeding metal conductor in the grounding metal conductor to adjust the antenna characteristics.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시예에 따르면, 초 광대역 주파수 대역폭과 전방향성 방사 패턴 특성을 갖는 안테나로서, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 전면에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 전면 금속도체와, 상기 전면 금속도체와 고정 연결되는 헬리컬 형태의 금속도체와, 상기 유전체 기판의 배면 제 1 영역에 상기 전면 금속도체와 대향되게 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 제 1 배면 금속도체와, 상기 유전체 기판의 배면 제 2 영역에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 제 2 배면 금속도체와, 상기 유전체 기판의 전면 일측에 형성되어 상기 전면 금속도체를 단락시켜 급전하는 급전용 금속도체와, 상기 유전체 기 판의 전면 타측에 형성되는 접지용 금속도체와, 상기 전면 금속도체 및 상기 제 1 배면 금속도체를 원통형으로 관통하고 그 측면이 금속으로 도포되는 비아홀을 포함하는 초 광대역 안테나를 제공한다.According to another embodiment for achieving the object of the present invention, an antenna having ultra-wide frequency bandwidth and omni-directional radiation pattern characteristics, the front surface of the dielectric substrate and the front metal conductor formed of a patch structure in the form of a rectangular parallelepiped on the front surface of the dielectric substrate; And a helical metal conductor fixedly connected to the front metal conductor, a first back metal conductor formed in a patch structure having a rectangular parallelepiped shape on the rear surface of the dielectric substrate to face the front metal conductor, and the dielectric substrate. A second back metal conductor formed in a patch structure having a rectangular parallelepiped shape in a second back surface of the substrate; a power supply metal conductor formed on one side of the front surface of the dielectric substrate to short-circuit the front metal conductors; and a front surface of the dielectric substrate. A ground metal conductor formed on the other side, the front metal conductor and the first back metal conductor are cylindrical An ultra-wideband antenna is provided that includes via holes penetrating through and coated with metal on its side.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시예에 따르면, 초 광대역 주파수 대역폭과 전방향성 방사 패턴 특성을 갖는 안테나로서, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 전면 제 1 영역에 형성된 제 1 전면 금속도체와, 상기 유전체 기판의 전면 제 2 영역에 헬리컬 형태로 패턴 형성된 제 2 전면 금속도체와, 상기 유전체 기판의 배면 제 1 영역에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 제 1 배면 금속도체와, 상기 유전체 기판의 배면 제 2 영역에 헬리컬 형태로 패턴 형성된 제 2 배면 금속도체와, 상기 유전체 기판의 전면 일측에 형성되어 상기 전면 금속도체를 단락시켜 급전하는 급전용 금속도체와, 상기 유전체 기판의 전면 타측에 형성되는 접지용 금속도체와, 상기 제 2 전면 금속도체 및 상기 제 2 배면 금속도체를 원통형으로 관통하고 그 측면이 금속으로 도포되는 비아홀을 포함하는 초 광대역 안테나를 제공한다.According to another embodiment for achieving the object of the present invention, an antenna having an ultra-wideband frequency bandwidth and an omnidirectional radiation pattern characteristics, comprising: a dielectric substrate, a first front metal conductor formed in the front first region of the dielectric substrate; And a second front metal conductor patterned in a helical shape on a second front surface of the dielectric substrate, a first back metal conductor formed in a patch structure in a rectangular parallelepiped shape on a first rear surface of the dielectric substrate, and a rear surface of the dielectric substrate. A second back metal conductor patterned in a helical shape in a second region, a power supply metal conductor formed at one side of the front surface of the dielectric substrate to short-circuit the front metal conductor, and a ground formed at the other front side of the dielectric substrate; The metal conductor, the second front metal conductor and the second back metal conductor in a cylindrical shape, the side of which is a metal Second to provide a wide-band antenna comprising a via hole which is applied to.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 초 광대역 안테나 구조를 나타낸 도면이다.3A to 3E are diagrams illustrating an ultra wideband antenna structure according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도로서, 유전체 기판(308)을 기준으로 안테나(300) 전면(前面)에 급전용 금속도체(302)가 마련되며, 이 급전용 금속도체(302)는 케이블(304) 내부의 급전용 금속도체(302')와 접속된다. 즉, 본 실시예에 따른 안테나의 급전구조는 안테나(300)의 전면이 급전되는 구조이며, 적용환경에 따라 케이블(304)을 연결하여 사용 가능하다.First, Figure 3a is a perspective view of an ultra-wideband antenna according to an embodiment of the present invention, a metal conductor 302 for power supply is provided on the front surface of the antenna 300 based on the dielectric substrate 308, The dedicated metal conductor 302 is connected to the power feeding metal conductor 302 ′ inside the cable 304. That is, the feeding structure of the antenna according to the present embodiment is a structure in which the front surface of the antenna 300 is fed, and can be used by connecting the cable 304 according to the application environment.

도 3b는 도 3a의 전면도이며, 도 3c는 도 3a의 배면도이다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나는 급전용 금속도체(302)와 접지용 금속도체(306)가 안테나 전면 금속도체(310) 상에 공존함을 특징으로 한다. 이러한 구조에 의하면, 안테나의 크기를 보다 더 최소화할 수 있을 것이다.FIG. 3B is a front view of FIG. 3A, and FIG. 3C is a rear view of FIG. 3A. As shown in FIG. 3B, the ultra-wideband antenna according to the present embodiment is characterized in that the power supply metal conductor 302 and the ground metal conductor 306 coexist on the antenna front metal conductor 310. According to this structure, the size of the antenna may be further minimized.

이때, 도 3a와 같은 구조의 안테나를 PCB 상에 적용하였을 경우에는, 급전용 금속도체(302)는 RF 모듈에서 직접 공급되는 신호선과 전기적으로 단락되며, 접지용 금속도체(306)의 위치는 가변된다.In this case, when an antenna having a structure as shown in FIG. 3A is applied on a PCB, the power supply metal conductor 302 is electrically shorted with a signal line directly supplied from an RF module, and the position of the ground metal conductor 306 is variable. do.

도 3d 및 도 3e는 도 3a의 안테나에 비아홀 또는 측면 금속도체를 적용한 경우의 전면도 및 배면도이다.3D and 3E are front and rear views when the via hole or the side metal conductor is applied to the antenna of FIG. 3A.

도 3d 및 도 3e에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나(300)는 안테나 전면 금속도체(310)와 안테나 배면 금속도체(314)간이 원통 모양으로 관통되고, 이 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(312)을 형성하여 안테나 전면 금속도체(310)와 안테나 배면 금속도체(314)가 전기적으로 단락됨을 특징으로 한다.As shown in FIGS. 3D and 3E, the ultra-wideband antenna 300 according to the present embodiment passes through a cylindrical shape between the antenna front metal conductor 310 and the antenna back metal conductor 314 in a cylindrical shape, and the metal on the cylindrical side thereof. The via-hole 312 is formed to be applied to the antenna front metal conductor 310 and the antenna back metal conductor 314 is characterized in that the electrical short.

즉, 안테나 배면 금속도체(314)가 안테나 전면 금속도체(310)와 비아홀(312)로 전기적으로 단락됨으로써, 본 실시예에 따른 안테나(300)는 유도성 성분 (Inductive Component)을 증가시키고 공진 주파수를 낮추면서 안테나의 소형화에 보다 더 기여할 수 있다. 이때, 도 3d 및 도 3e에서는 비아홀(312)이 원형인 것으로 기술하였으나 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 비아홀의 목적이 전면 금속도체와 배면 금속도체간의 전기적 단락을 유도하기 위한 것이기 때문에 다른 형태, 예를 들면 반원 형태의 비아홀을 사용하여도 무방하다.That is, since the antenna back metal conductor 314 is electrically shorted to the antenna front metal conductor 310 and the via hole 312, the antenna 300 according to the present embodiment increases the inductive component and resonates the frequency. Lowering contributes more to the miniaturization of the antenna. In this case, although the via hole 312 has been described as being circular in FIGS. 3D and 3E, the shape of the via hole 312 is not limited thereto, and the purpose of the via hole is to induce an electrical short between the front metal conductor and the back metal conductor. For example, a semi-circle via hole may be used.

한편, 도 3d 및 도 3e의 안테나 구조는, 이동 통신 서비스를 적용하기 위해 안테나 전면 및 배면을 원통 모양으로 관통하고 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(312)로 안테나 전면 금속도체(310)와 안테나 배면 금속도체(314)를 전기적으로 단락하였으나, 이와 같은 구조는 안테나 설계시 안테나가 직육면체 유전체 기판(308)(솔리드 형태)인 경우에 적용하는 방법이며, 전면 금속도체와 배면 금속도체가 유전체 기판(308)이 아닌 "공기층"으로 형성되는 경우에는 비아홀을 이용한 방법이 아닌 금속도체의 단순한 전기적 단락으로도 본 실시예의 적용이 가능할 것이다.Meanwhile, the antenna structure of FIGS. 3D and 3E is a via hole 312 which penetrates the front and rear surfaces of the antenna in a cylindrical shape and is coated with metal on the cylindrical side to apply the mobile communication service, and the antenna front metal conductor 310 and the antenna. The back metal conductor 314 is electrically shorted, but this structure is applied when the antenna is a rectangular parallelepiped dielectric substrate 308 (solid form), and the front metal conductor and the back metal conductor are formed of a dielectric substrate ( In the case of forming an “air layer” instead of 308), the present embodiment may be applied to a simple electrical short of a metal conductor rather than a via hole.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나 구조를 나타낸 도면이다.4A to 4E are diagrams illustrating an ultra wideband antenna structure according to another embodiment of the present invention.

먼저, 도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도로서, 유전체 기판(408)을 기준으로 안테나(400) 전면에 급전용 금속도체(402)가 마련되며, 이 급전용 금속도체(402)는 외부 케이블(404)과 접속된다. 즉, 본 실시예에 따른 안테나의 급전구조는 안테나(400)의 전면이 급전되는 구조이며, 적용환경에 따라 케이블(404)을 연결하여 사용 가능하다. 상술한 도 3의 실시예와 다른 점 은, 외부 케이블(404)이 안테나(400)의 가로 방향으로 접속된다는 것이다.First, Figure 4a is a perspective view of an ultra-wideband antenna according to another embodiment of the present invention, a metal conductor 402 for power supply is provided on the front surface of the antenna 400, based on the dielectric substrate 408, this metal conductor for power supply 402 is connected to an external cable 404. That is, the feeding structure of the antenna according to the present embodiment is a structure in which the front surface of the antenna 400 is fed, and can be used by connecting the cable 404 according to the application environment. The difference from the embodiment of FIG. 3 described above is that the external cable 404 is connected in the horizontal direction of the antenna 400.

도 4b는 도 4a의 전면도이며, 도 4c는 도 4a의 배면도이다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나는 급전용 금속도체(402)와 접지용 금속도체(406)가 안테나 전면 금속도체(410) 상에 공존함을 특징으로 한다. 이러한 구조에 의하면, 안테나의 크기를 보다 더 최소화할 수 있을 것이다.4B is a front view of FIG. 4A, and FIG. 4C is a rear view of FIG. 4A. As shown in FIG. 4B, the ultra-wideband antenna according to the present embodiment is characterized in that the power supply metal conductor 402 and the ground metal conductor 406 coexist on the antenna front metal conductor 410. According to this structure, the size of the antenna may be further minimized.

이때, 도 3b의 실시예와 비교하면, 본 실시예는 마이크로스트립 라인(416) 형태의 급전 선로를 구성하고 있다는 점이다. 즉, PCB 상에 본 실시예에 따른 안테나 구조를 적용할 경우에는 마이크로스트립 라인(416)(또는 CPW(Co-Planar Waveguide)으로 설계되어 이를 RF 모듈에서 직접 공급되는 신호선과 전기적으로 단락되는 금속도체와 안테나 상의 금속도체(410)를 단락시켜 급전할 수 있다. 도면부호 418은 이러한 마이크로스트립 라인(416)과 전면 금속도체(410)간을 전기적으로 단락시켜 50Ω 매칭을 위한 이격거리를 나타낸다.In this case, compared with the embodiment of FIG. 3B, the present embodiment constitutes a feed line in the form of a microstrip line 416. That is, when the antenna structure according to the present embodiment is applied to a PCB, a metal conductor is designed as a microstrip line 416 (or Co-Planar Waveguide) and electrically shorted to a signal line directly supplied from an RF module. And a power supply by shorting the metal conductor 410 on the antenna, and reference numeral 418 electrically shorts the microstrip line 416 and the front metal conductor 410 to indicate a separation distance for 50Ω matching.

또한, 도 4a와 같은 구조의 안테나를 PCB 상에 적용하였을 경우에는, 급전용 금속도체(402)는 RF 모듈에서 직접 공급되는 신호선과 전기적으로 단락되며, 접지용 금속도체(406)의 위치는 가변된다.In addition, when an antenna having a structure as shown in FIG. 4A is applied on a PCB, the power supply metal conductor 402 is electrically shorted with a signal line directly supplied from an RF module, and the position of the ground metal conductor 406 is variable. do.

도 4d 및 도 4e는 도 4a의 안테나에 비아홀 또는 측면 금속도체를 적용한 경우의 전면도 및 배면도이다.4D and 4E are front and rear views when the via hole or the side metal conductor is applied to the antenna of FIG. 4A.

도 4d 및 도 4e에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나(400)는 안테나 전면 금속도체(410)와 안테나 배면 금속도체(414)간이 원통 모양으로 관통되고, 이 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(412)을 형성하여 안테나 전면 금속도체(410)와 안테나 배면 금속도체(414)가 전기적으로 단락됨을 특징으로 한다.As shown in FIGS. 4D and 4E, the ultra-wideband antenna 400 according to the present embodiment has a cylindrical shape between the antenna front metal conductor 410 and the antenna back metal conductor 414 in a cylindrical shape, and the metal on the cylindrical side thereof. The via-hole 412 is coated to form an electrical short circuit between the antenna front metal conductor 410 and the antenna back metal conductor 414.

즉, 안테나 배면 금속도체(414)가 안테나 전면 금속도체(410)와 비아홀(412)로 전기적으로 단락됨으로써, 본 실시예에 따른 안테나(400)는 유도성 성분을 증가시키고 공진 주파수를 낮추면서 안테나의 소형화에 보다 더 기여할 수 있다. 이때, 도 4d 및 도 4e에서는 비아홀(412)이 원형인 것으로 기술하였으나 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 비아홀의 목적이 전면 금속도체와 배면 금속도체간의 전기적 단락을 유도하기 위한 것이기 때문에 다른 형태, 예를 들면 반원 형태의 비아홀을 사용하여도 무방하다.That is, the antenna back metal conductor 414 is electrically shorted to the antenna front metal conductor 410 and the via hole 412, so that the antenna 400 according to the present embodiment increases the inductive component and lowers the resonance frequency. It can contribute more to the miniaturization of. In this case, although the via hole 412 is described as being circular in FIG. 4D and FIG. 4E, the shape of the via hole 412 is not limited thereto, but the purpose of the via hole is to induce an electrical short circuit between the front metal conductor and the back metal conductor. For example, a semi-circle via hole may be used.

한편, 도 4d 및 도 4e의 안테나 구조는, 이동 통신 서비스를 적용하기 위해 안테나 전면 및 배면을 원통 모양으로 관통하고 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(412)로 안테나 전면 금속도체(410)와 안테나 배면 금속도체(414)를 전기적으로 단락하였으나, 이와 같은 구조는 안테나 설계시 안테나가 직육면체 유전체 기판(408)(솔리드 형태)인 경우에 적용하는 방법이며, 전면 금속도체와 배면 금속도체가 유전체 기판(408)이 아닌 "공기층"으로 형성되는 경우에는 비아홀을 이용한 방법이 아닌 금속도체의 단순한 전기적 단락으로도 본 실시예의 적용이 가능할 것이다.Meanwhile, the antenna structure of FIGS. 4D and 4E is a via hole 412 that penetrates the front and rear surfaces of the antenna in a cylindrical shape and is coated with metal on the cylindrical side to apply the mobile communication service, and the antenna front metal conductor 410 and the antenna. Although the back metal conductor 414 is electrically shorted, such a structure is applied when the antenna is a rectangular parallelepiped dielectric substrate 408 (solid form), and the front metal conductor and the back metal conductor form a dielectric substrate ( In the case of forming an "air layer" instead of 408, the present embodiment may be applied to a simple electrical short of a metal conductor rather than a via hole.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나 구조를 나타낸 도면이다.5A to 5E are diagrams illustrating an ultra wideband antenna structure according to another embodiment of the present invention.

먼저, 도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도 로서, 유전체 기판(508)을 기준으로 안테나(500) 전면에 급전용 금속도체(502)가 마련되며, 이 급전용 금속도체(502)는 외부 커넥터(520)와 접속된다. 즉, 본 실시예에 따른 안테나의 급전구조는 안테나(500)의 전면이 급전되는 구조이며, 적용환경에 따라 커넥터(520)를 연결하여 사용 가능하다.First, Figure 5a is a perspective view of an ultra-wideband antenna according to another embodiment of the present invention, a metal conductor 502 for power supply is provided on the front surface of the antenna 500, based on the dielectric substrate 508, the metal for power supply The conductor 502 is connected with the external connector 520. That is, the feeding structure of the antenna according to the present embodiment is a structure in which the front surface of the antenna 500 is fed, and can be used by connecting the connector 520 according to the application environment.

도 5b는 도 5a의 전면도이며, 도 5c는 도 5a의 배면도이다.FIG. 5B is a front view of FIG. 5A and FIG. 5C is a rear view of FIG. 5A.

도 5b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나는 안테나 전면 금속도체(510) 상에 급전용 금속도체(502)가 형성되는 구조이며, 이 급전용 금속도체(502)는 마이크로스트립 라인(516)에 의해 전면 금속도체(510)와 전기적으로 단락된다.As illustrated in FIG. 5B, the ultra-wideband antenna according to the present embodiment has a structure in which a power feeding metal conductor 502 is formed on an antenna front metal conductor 510, and the power feeding metal conductor 502 is a microstrip. Electrically shorted to front metal conductor 510 by line 516.

도면부호 518은 이러한 마이크로스트립 라인(516)과 전면 금속도체(510)간을 전기적으로 단락시켜 50Ω 매칭을 위한 이격거리를 나타낸다.Reference numeral 518 denotes a separation distance for 50Ω matching by electrically shorting the microstrip line 516 and the front metal conductor 510.

또한, 전면 금속도체(510) 상의 우측에는 도 5b에 도시한 바와 같이 제1비아홀(512')이 형성된다. 상술한 바와 마찬가지로, 이러한 제1비아홀(512')은 안테나(500)의 전면/배면을 원통 모양으로 관통하는 것으로, 원통형 측면에 금속으로 도포되어 안테나 전면의 금속도체와 배면의 금속도체를 전기적으로 단락시키는 역할을 한다.In addition, a first via hole 512 ′ is formed at the right side of the front metal conductor 510 as shown in FIG. 5B. As described above, the first via hole 512 ′ penetrates the front / back of the antenna 500 in a cylindrical shape, and is coated with metal on the cylindrical side to electrically connect the metal conductors on the front surface and the metal conductors on the back surface. Short circuit.

도 5c는 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 배면도로서, 급전용 금속도체(502)와 접지용 금속도체(506)가 서로 동일한 평면상에 공존함을 특징으로 한다. 이러한 구조에 의하면, 안테나의 크기를 보다 더 최소화할 수 있을 것이다. 이때, 접지용 금속도체(506)는 유전체 기판(508)의 일정 부분에 형성되며, 접지용 금속도체(506) 내에는 급전용 금속도체(502)를 포함하도록 슬롯(522)을 형성하여 안테나(500)의 주파수 특성을 조절하도록 한다.5C is a rear view of the ultra-wideband antenna according to the present embodiment, characterized in that the power feeding metal conductor 502 and the grounding metal conductor 506 coexist on the same plane. According to this structure, the size of the antenna may be further minimized. In this case, the grounding metal conductor 506 is formed on a portion of the dielectric substrate 508, and the slot 522 is formed in the grounding metal conductor 506 to include the power feeding metal conductor 502. To adjust the frequency characteristic of 500).

도 5d 및 도 5e는 도 5a의 안테나(500)에 제2비아홀 또는 측면 금속도체를 적용한 경우의 전면도 및 배면도이다.5D and 5E are front and rear views when the second via hole or the side metal conductor is applied to the antenna 500 of FIG. 5A.

도 5d 및 도 5e에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나(500)는 안테나 전면 금속도체(510)와 안테나 배면 금속도체(514)간이 원통 모양으로 관통되고, 이 원통형 측면에 금속으로 도포된 제2비아홀(512)을 형성하여 안테나 전면 금속도체(510)와 안테나 배면 금속도체(514)가 전기적으로 단락됨을 특징으로 한다.As shown in FIGS. 5D and 5E, the ultra-wideband antenna 500 according to the present embodiment has a cylindrical shape between the antenna front metal conductor 510 and the antenna back metal conductor 514 in a cylindrical shape, and the metal on the cylindrical side thereof. The antenna via metal conductor 510 and the antenna back metal conductor 514 are electrically shorted by forming the second via hole 512 applied to the antenna.

즉, 안테나 배면 금속도체(514)가 안테나 전면 금속도체(510)와 제1 및 제2비아홀(512)(512')로 전기적으로 단락됨으로써, 본 실시예에 따른 안테나(500)는 유도성 성분을 증가시키고 공진 주파수를 낮추면서 안테나의 소형화에 보다 더 기여할 수 있다.That is, the antenna back metal conductor 514 is electrically shorted to the antenna front metal conductor 510 and the first and second via holes 512 and 512 ', so that the antenna 500 according to the present embodiment is an inductive component. It is possible to contribute more to the miniaturization of the antenna by increasing the frequency and lowering the resonance frequency.

이때, 도 5b 내지 도 5e에서는 비아홀(512)(512')이 원형인 것으로 기술하였으나 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 비아홀의 목적이 전면 금속도체와 배면 금속도체간의 전기적 단락을 유도하기 위한 것이기 때문에 다른 형태, 예를 들면 반원 형태의 비아홀을 사용하여도 무방하다.In this case, although the via holes 512 and 512 'are described as being circular in FIGS. 5B to 5E, the via holes 512 and 512' are not limited thereto. Since the via holes are intended to induce an electrical short between the front metal conductor and the back metal conductor, the other holes are different. It is also possible to use a via hole in the form of a semicircle, for example.

한편, 도 5b 내지 도 5e의 안테나 구조는, 이동 통신 서비스를 적용하기 위해 안테나 전면 및 배면을 원통 모양으로 관통하고 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(512)(512')로 안테나 전면 금속도체(510)와 안테나 배면 금속도체(514)를 전기적으로 단락하였으나, 이와 같은 구조는 안테나 설계시 안테나가 직육면체 유전체 기판(솔리드 형태)인 경우에 적용하는 방법이며, 전면 금속도체와 배면 금속도체가 "공기층"으로 형성되는 경우에는 비아홀을 이용한 방법이 아닌 금속도체의 단순한 전기적 단락으로도 본 실시예의 적용이 가능할 것이다.Meanwhile, the antenna structure of FIGS. 5B to 5E includes via holes 512 and 512 ′ which penetrate the front and rear surfaces of the antenna in a cylindrical shape and are coated with metal on the cylindrical side to apply the mobile communication service. 510 and the antenna back metal conductor 514 are electrically shorted, but this structure is applied when the antenna is a rectangular parallelepiped substrate (solid form) in the antenna design, and the front metal conductor and the back metal conductor are "air layers". In the case of forming “,” the present embodiment may be applied to a simple electrical short of a metal conductor rather than a via hole.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도로서, 헬리컬(Helical) 형태의 금속도체를 적용한 경우이다.6A to 6C are perspective views of an ultra wideband antenna according to another embodiment of the present invention, in which a helical metal conductor is applied.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나(600)는 유전체 기판(608)을 기준으로 그 일측이 외부 케이블(604)과 접속되며, 그 타측이 헬리컬 형태의 금속도체(624)와 연결된다. 이와 같은 헬리컬 형태의 금속도체(624)를 적용함으로써, 특정 대역에서의 주파수 특성을 개선할 수 있다.First, as shown in FIG. 6A, the ultra-wideband antenna 600 according to the present embodiment has one side connected to an external cable 604 based on the dielectric substrate 608, and the other side of which is a helical metal conductor. 624. By applying such a helical metal conductor 624, it is possible to improve the frequency characteristics in a specific band.

도 6b는 도 6a의 전면도이며, 도 6c는 도 6a의 배면도이다. 도 6b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초 광대역 안테나(600)는 급전용 금속도체(602)와 접지용 금속도체(606)가 안테나 전면 금속도체(610) 상에 공존함을 특징으로 한다. 이러한 구조에 의하면, 안테나의 크기를 보다 더 최소화할 수 있을 것이다.FIG. 6B is a front view of FIG. 6A, and FIG. 6C is a rear view of FIG. 6A. As shown in FIG. 6B, the ultra-wideband antenna 600 according to the present embodiment is characterized in that the power supply metal conductor 602 and the ground metal conductor 606 coexist on the antenna front metal conductor 610. do. According to this structure, the size of the antenna may be further minimized.

또한, 도 6b 및 도 6c에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 안테나(600)에 비아홀 또는 측면 금속도체를 적용하였다. 즉, 안테나 전면 금속도체(610)와 안테나 배면 금속도체(614)간이 원통 모양으로 관통되고, 이 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(612)을 형성하여 안테나 전면 금속도체(610)와 안테나 배면 금속도체(614)가 전기적으로 단락됨을 특징으로 한다.6B and 6C, via holes or side metal conductors are applied to the antenna 600 in this embodiment. That is, the antenna front metal conductor 610 and the antenna back metal conductor 614 penetrate in a cylindrical shape, and form a via hole 612 coated with metal on the cylindrical side to form the antenna front metal conductor 610 and the antenna back metal. The conductor 614 is characterized in that it is electrically shorted.

즉, 안테나 배면 금속도체(614)가 안테나 전면 금속도체(610)와 비아홀(612) 로 전기적으로 단락됨으로써, 본 실시예에 따른 안테나(600)는 유도성 성분을 증가시키고 공진 주파수를 낮추면서 안테나의 소형화에 보다 더 기여할 수 있다. 이때, 도 6b 및 도 6c에서는 비아홀(612)이 원형인 것으로 기술하였으나 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 비아홀의 목적이 전면 금속도체와 배면 금속도체간의 전기적 단락을 유도하기 위한 것이기 때문에 다른 형태, 예를 들면 반원 형태의 비아홀을 사용하여도 무방하다.That is, the antenna back metal conductor 614 is electrically shorted to the antenna front metal conductor 610 and the via hole 612, so that the antenna 600 according to the present embodiment increases the inductive component and lowers the resonance frequency. It can contribute more to the miniaturization of. 6B and 6C, the via hole 612 is described as being circular, but is not necessarily limited thereto. Since the purpose of the via hole is to induce an electrical short between the front metal conductor and the back metal conductor, another form, for example, may be described. For example, a semi-circle via hole may be used.

한편, 도 6b 및 도 6c의 안테나 구조는, 이동 통신 서비스를 적용하기 위해 안테나 전면 및 배면을 원통 모양으로 관통하고 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(612)로 안테나 전면 금속도체(610)와 안테나 배면 금속도체(614)를 전기적으로 단락하였으나, 이와 같은 구조는 안테나 설계시 안테나가 직육면체 유전체 기판(608)(솔리드 형태)인 경우에 적용하는 방법이며, 전면 금속도체와 배면 금속도체가 유전체 기판(608)이 아닌 "공기층"으로 형성되는 경우에는 비아홀을 이용한 방법이 아닌 금속도체의 단순한 전기적 단락으로도 본 실시예의 적용이 가능할 것이다.Meanwhile, the antenna structure of FIGS. 6B and 6C is a via hole 612 that penetrates the front and rear surfaces of the antenna in a cylindrical shape and is coated with metal on the cylindrical side to apply the mobile communication service, and the antenna front metal conductor 610 and the antenna. Although the back metal conductor 614 is electrically shorted, this structure is applied when the antenna is a rectangular parallelepiped dielectric substrate 608 (solid form), and the front metal conductor and the back metal conductor are formed of a dielectric substrate ( In the case where the air layer is formed instead of 608, the present embodiment may be applied to a simple electrical short of a metal conductor rather than a via hole.

다른 한편, 배면 금속도체(614')의 경우는, 다른 금속도체와 전기적으로 단락되지 않고 전기적인 결합(Coupling)이 형성되어 입력 임피던스의 용량성 성분(Capacitive Component)을 증가시켜 안테나 복사 효율을 향상시키고 공진 대역을 확장할 수 있게 해준다.On the other hand, in the case of the back metal conductor 614 ', an electrical coupling is formed without being electrically shorted with other metal conductors, thereby increasing the capacitive component of the input impedance to improve antenna radiation efficiency. And expand the resonance band.

이때, 배면 금속도체(614)의 경우는, 사용 환경에 따라 다양한 목적으로 설계될 수 있으며, 배면 금속도체(614)상에서 급전 부분의 비아홀을 제거함으로써 안 테나 유도성 성분을 증가시키거나, 제거하지 않음으로써 용량성 성분을 증가시킬 수 있다.In this case, the back metal conductor 614 may be designed for various purposes according to the use environment, and the antenna inductive component may not be increased or removed by removing the via hole of the feed portion on the back metal conductor 614. Not increase the capacitive component.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초 광대역 안테나의 사시도로서, 각각 전면과 배면을 나타낸다.7A and 7B are perspective views of an ultra-wideband antenna according to still another embodiment of the present invention, respectively, showing front and rear surfaces thereof.

도 7의 실시예는 상술한 실시예들과 마찬가지로 유전체 기판(708)을 기준으로 급전용 금속도체(702)와 접지용 금속도체(706)가 안테나 전면 금속도체(710) 상에 공존함을 특징으로 한다. 이러한 구조에 의하면, 안테나의 크기를 보다 더 최소화할 수 있을 것이다. 상술한 도 6의 실시예와 다른 점은, 헬리컬 형태의 금속도체를 사용하지 않는 대신, PCB 상에 금속패턴을 헬리컬 형태로 설계하였다는 것이다. 다만, 이러한 헬리컬 형태의 금속패턴은 전면 금속도체(710)의 일부에 형성되도록 한다.7, the power feeding metal conductor 702 and the grounding metal conductor 706 coexist on the antenna front metal conductor 710 based on the dielectric substrate 708 as in the above-described embodiments. It is done. According to this structure, the size of the antenna may be further minimized. The difference from the embodiment of FIG. 6 described above is that instead of using the helical metal conductor, the metal pattern is designed in the helical shape on the PCB. However, such a helical metal pattern is formed on a part of the front metal conductor 710.

또한, 본 실시예는 마이크로스트립 라인(716) 형태의 급전 선로를 구성하고 있으며, PCB 상에 본 실시예에 따른 안테나 구조를 적용할 경우에는 마이크로스트립 라인(716)(또는 CPW)으로 설계되어 이를 RF 모듈에서 직접 공급되는 신호선과 전기적으로 단락되는 금속도체와 안테나 상의 금속도체(710)를 단락시켜 급전할 수 있다.In addition, the present embodiment constitutes a feed line in the form of a microstrip line 716. When the antenna structure according to the present embodiment is applied to a PCB, it is designed as a microstrip line 716 (or CPW). The power may be supplied by shorting the metal conductor 710 on the antenna and the metal conductor electrically shorted with the signal line supplied directly from the RF module.

또한, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 안테나(700)에 비아홀 또는 측면 금속도체를 적용하였다. 즉, 안테나 전면 금속도체(710)와 안테나 배면 금속도체(714)간이 원통 모양으로 관통되고, 이 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(712)을 형성하여 안테나 전면 금속도체(710)와 안테나 배면 금속도 체(714)가 전기적으로 단락됨을 특징으로 한다.In addition, as shown in FIGS. 7A and 7B, a via hole or a side metal conductor is applied to the antenna 700 in this embodiment. That is, the antenna front metal conductor 710 and the antenna back metal conductor 714 penetrate in a cylindrical shape, and form a via hole 712 coated with metal on the cylindrical side to form the antenna front metal conductor 710 and the antenna back metal. The conductor 714 is characterized in that it is electrically shorted.

즉, 안테나 배면 금속도체(714)가 안테나 전면 금속도체(710)와 비아홀(712)로 전기적으로 단락됨으로써, 본 실시예에 따른 안테나(700)는 유도성 성분을 증가시키고 공진 주파수를 낮추면서 안테나의 소형화에 보다 더 기여할 수 있다. 이때, 도 7a 및 도 7b에서는 비아홀(712)이 원형인 것으로 기술하였으나 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 비아홀의 목적이 전면 금속도체와 배면 금속도체간의 전기적 단락을 유도하기 위한 것이기 때문에 다른 형태, 예를 들면 반원 형태의 비아홀을 사용하여도 무방하다.That is, the antenna back metal conductor 714 is electrically shorted to the antenna front metal conductor 710 and the via hole 712, so that the antenna 700 according to the present embodiment increases the inductive component and lowers the resonance frequency. It can contribute more to the miniaturization of. In this case, although the via hole 712 is described as being circular in FIGS. 7A and 7B, the shape of the via hole 712 is not limited thereto. The purpose of the via hole is to induce an electrical short circuit between the front metal conductor and the back metal conductor. For example, a semi-circle via hole may be used.

한편, 도 7a 및 도 7b의 안테나 구조는, 이동 통신 서비스를 적용하기 위해 안테나 전면 및 배면을 원통 모양으로 관통하고 원통형 측면에 금속으로 도포된 비아홀(712)로 안테나 전면 금속도체(710)와 안테나 배면 금속도체(714)를 전기적으로 단락하였으나, 이와 같은 구조는 안테나 설계시 안테나가 직육면체 유전체 기판(708)(솔리드 형태)인 경우에 적용하는 방법이며, 전면 금속도체와 배면 금속도체가 유전체 기판(708)이 아닌 "공기층"으로 형성되는 경우에는 비아홀을 이용한 방법이 아닌 금속도체의 단순한 전기적 단락으로도 본 실시예의 적용이 가능할 것이다.Meanwhile, the antenna structure of FIGS. 7A and 7B is a via hole 712 that penetrates the front and rear surfaces of the antenna in a cylindrical shape and is coated with metal on the cylindrical side to apply the mobile communication service, and the antenna front metal conductor 710 and the antenna. The back metal conductor 714 is electrically shorted, but this structure is applied when the antenna is a rectangular parallelepiped dielectric substrate 708 (solid form), and the front metal conductor and the back metal conductor are formed of a dielectric substrate ( In the case of forming an “air layer” other than 708, the present embodiment may be applied to a simple electrical short of a metal conductor rather than a via hole.

다른 한편, 배면 금속도체(714')의 경우는, 다른 금속도체와 전기적으로 단락되지 않고 전기적인 결합이 형성되어 입력 임피던스의 용량성 성분을 증가시켜 안테나 복사 효율을 향상시키고 공진 대역을 확장할 수 있게 해준다.On the other hand, in the case of the back metal conductor 714 ', an electrical coupling is formed without being electrically shorted with other metal conductors, thereby increasing the capacitive component of the input impedance, thereby improving antenna radiation efficiency and extending the resonance band. To make it possible.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 변형 가능한 금속도체 구조의 예 시도이다. 본 발명에서는 이와 같이 다양한 금속패턴들 중 임의의 하나를 가변적으로 선택 적용하여 초 광대역 안테나를 구현할 수 있다. 이때, 도 8의 금속패턴들은 안테나의 전면 금속도체 및 배면 금속도체에 동일하게 적용 가능한 것을 특징으로 한다.8 is an example attempt of a deformable metal conductor structure in accordance with a preferred embodiment of the present invention. In the present invention, it is possible to implement an ultra-wideband antenna by selectively applying any one of various metal patterns as described above. In this case, the metal patterns of Figure 8 is characterized in that it is equally applicable to the front metal conductor and the bottom metal conductor of the antenna.

도 9a는 도 3a 내지 도 3e의 초 광대역 안테나에 대한 반사손실(return loss)을 나타낸 그래프이며, 도 9b는 도 3a 내지 도 3e의 초 광대역 안테나에 대한 V.S.W.R.(Voltage Standing Wave Ratio : 정재파비) 특성을 나타낸 그래프, 도 9c는 도 3a 내지 도 3e의 초 광대역 안테나에 대한 방사패턴 특성을 나타낸 그래프이다.9A is a graph illustrating return loss of the ultra wideband antennas of FIGS. 3A to 3E. FIG. 9B is a characteristic of standing wave ratio (VSWR) of the ultra wideband antennas of FIGS. 3A to 3E. Figure 9c is a graph showing the radiation pattern characteristics for the ultra-wideband antenna of Figures 3a to 3e.

도 9a 내지 도 9c에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제안한 안테나는 넓은 대역에서 사용이 가능하며, 공진 대역에서 방사 패턴이 전방향성(Omni-direction)을 가지기 때문에 방사 패턴 특성이 양호함을 알 수 있다.As shown in FIGS. 9A to 9C, the antenna proposed in the present invention can be used in a wide band, and the radiation pattern characteristic is good because the radiation pattern has omni-direction in the resonance band. .

이러한 특성들은 도 4 및 도 5의 실시예에도 동일하게 적용되며, 단지 도 4 및 도 5의 실시예는 사용자 요구에 따라 금속패턴의 형태를 다양하게 적용하기 위해 설계된 것이다.These characteristics are equally applicable to the embodiments of FIGS. 4 and 5, and only the embodiments of FIGS. 4 and 5 are designed to variously apply the shape of the metal pattern according to user requirements.

도 10a 및 도 10b는 도 6a 내지 도 6c의 초 광대역 안테나에 대한 반사손실, V.S.W.R. 특성을 각각 나타낸 그래프이며, 도 10c 및 도 10d는 도 6a 내지 도 6c의 초 광대역 안테나에 대한 방사패턴 특성을 각각 나타낸 그래프이다.10A and 10B show return loss, V.S.W.R. for the ultra wideband antenna of FIGS. 6A-6C. 10C and 10D are graphs showing radiation pattern characteristics of the ultra-wideband antenna of FIGS. 6A to 6C, respectively.

도 10a 내지 도 10d에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 안테나는 사용자가 원하는 주파수에서 공진을 유도하도록 구조 변경됨으로써 특정 대역에서 사 용이 가능하며, 공진 대역에서 방사 패턴이 전방향성을 가지기 때문에 방사 패턴 특성이 양호함을 알 수 있다.As shown in Figure 10a to 10d, the antenna proposed in the present invention can be used in a specific band by changing the structure to induce resonance at the user desired frequency, radiation pattern in the resonance band because the radiation pattern has omni-directional It can be seen that the characteristics are good.

이러한 특성들은 도 7의 실시예에도 동일하게 적용되며, 단지 도 7의 실시예는 헬리컬 형태의 금속도체를 사용하지 않고 PCB 상에 금속패턴을 유사하게 하여 제조 공정상의 수작업 향상에 도움이 되도록 설계된 것이다.These characteristics apply equally to the embodiment of FIG. 7, but only the embodiment of FIG. 7 is designed to help the manual improvement of the manufacturing process by using a similar metal pattern on the PCB without using a helical metal conductor. .

도 11a 및 도 11b는 도 6a 내지 도 6c의 초 광대역 안테나에서 헬리컬 형태의 금속도체(624)와 안테나 전면 금속도체(610) 상의 비아홀 중 급전 부분의 비아홀을 제거한 경우의 리턴 손실, V.S.W.R. 특성을 각각 나타낸 그래프이다.11A and 11B illustrate a return loss when a via hole of a feed portion of a via hole on a helical metal conductor 624 and a via hole on an antenna front metal conductor 610 is removed in the ultra wideband antenna of FIGS. 6A to 6C. Each graph shows the characteristics.

또한, 도 11c 및 도 11d는 도 6a 내지 도 6c의 초 광대역 안테나에서 헬리컬 형태의 금속도체(624)와 안테나 전면 금속도체(610) 상의 비아홀 중 급전 부분의 비아홀을 제거한 경우의 방사패턴 특성을 각각 나타낸 그래프이다.11C and 11D illustrate radiation pattern characteristics of the helical metal conductor 624 and the via hole of the feed portion of the via hole on the antenna front metal conductor 610, respectively, in the ultra wideband antennas of FIGS. 6A to 6C. The graph shown.

도 11a 내지 도 11d에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 안테나는 사용자가 원하는 주파수에서 공진을 유도하도록 구조 변경됨으로써 특정 대역에서 사용이 가능하며, 공진 대역에서 방사 패턴이 전방향성을 가지기 때문에 방사 패턴 특성이 양호함을 알 수 있다.As can be seen in Figures 11a to 11d, the antenna according to the present embodiment can be used in a specific band by changing the structure to induce resonance at a frequency desired by the user, since the radiation pattern in the resonance band has omni-directional It can be seen that the radiation pattern characteristics are good.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 금속도체의 패턴을 다양하게 변형하여 본 발명을 실시할 수 있는 것이 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. For example, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced by variously modifying the pattern of the metal conductor. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

본 발명에 의하면, 소형화된 안테나 크기에 비해 넓은 공진 대역을 지니고 있는 바, 하나의 안테나를 통해 여러 상용 시스템에 적용이 용이하며 특정 대역에서 사용자의 다양한 욕구를 충족시킬 수 있다. 또한, 공진 주파수를 원하는 주파수로 맞추기 위해서는 "튜닝(tuning)"이라는 공정을 거치게 되는데, 본 실시예에 의하면 이러한 튜닝 작업을 원활하게 하기 위해 여러 개의 튜닝 포인트(tuning point)를 선정할 수 있어 필요한 사용 주파수 대역에서의 선택적 사용이 가능하다. 게다가, 본 발명은 각각의 공진 대역에서의 성능이 양호할 뿐만 아니라 방사 패턴도 전방향성을 지닌다는 효과가 있다.According to the present invention, it has a wide resonance band compared to the miniaturized antenna size, and can be easily applied to various commercial systems through one antenna, and can satisfy various needs of a user in a specific band. In addition, in order to adjust the resonant frequency to the desired frequency, a process called "tuning" is performed. According to the present embodiment, several tuning points can be selected to facilitate such tuning work. Selective use in the frequency band is possible. In addition, the present invention has the effect that not only the performance in each resonant band is good but also the radiation pattern is omnidirectional.

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 초 광대역 주파수 대역폭과 전방향성 방사 패턴 특성을 갖는 안테나로서,An antenna having an ultra-wide frequency bandwidth and an omnidirectional radiation pattern, 유전체 기판과,A dielectric substrate, 상기 유전체 기판의 전면에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 전면 금속도체와,A front metal conductor formed of a rectangular parallelepiped patch structure on the front surface of the dielectric substrate; 상기 유전체 기판의 배면 제 1 영역에 상기 전면 금속도체와 대향되게 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 제 1 배면 금속도체와,A first rear metal conductor formed in a patch structure in the form of a rectangular parallelepiped in the first rear surface of the dielectric substrate to face the front metal conductor; 상기 유전체 기판의 배면 제 2 영역에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 제 2 배면 금속도체와,A second rear metal conductor formed in a patch structure having a rectangular parallelepiped shape in a second rear surface of the dielectric substrate; 상기 유전체 기판의 전면 일측에 형성되어 상기 전면 금속도체를 단락시켜 급전하는 급전용 금속도체와,A metal conductor for power supply formed on one side of the front surface of the dielectric substrate to short-circuit and feed the front metal conductor; 상기 유전체 기판의 전면 타측에 형성되는 접지용 금속도체와,A grounding metal conductor formed on the other front side of the dielectric substrate; 상기 전면 금속도체 및 상기 제 1 배면 금속도체를 관통하며 그 측면이 금속으로 도포되는 비아홀A via hole penetrates the front metal conductor and the first back metal conductor and has a side surface coated with metal. 을 포함하는 초 광대역 안테나.Ultra broadband antenna comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 비아홀은 상기 전면 금속도체와 상기 제 1 배면 금속도체를 전기적으로 단락시켜 상기 안테나의 유도성 성분을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.And the via hole electrically shorts the front metal conductor and the first back metal conductor to increase an inductive component of the antenna. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 2 배면 금속도체는 상기 전면 금속도체와 전기적으로 단락되지 않고 전기적인 결합이 형성되어 입력 임피던스의 용량성 성분을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.And wherein the second backside metal conductor is electrically shorted with the front side metal conductor to form an electrical bond to increase the capacitive component of the input impedance. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 안테나는 외부 케이블에 의해 상기 급전용 금속도체와 전기적으로 단락되며, 상기 전면 금속도체와 고정 연결되는 헬리컬 형태의 금속도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.And the antenna is electrically shorted to the power feeding metal conductor by an external cable and includes a helical metal conductor fixedly connected to the front metal conductor. 초 광대역 주파수 대역폭과 전방향성 방사 패턴 특성을 갖는 안테나로서,An antenna having an ultra-wide frequency bandwidth and an omnidirectional radiation pattern, 유전체 기판과,A dielectric substrate, 상기 유전체 기판의 전면 제 1 영역에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 제 1 전면 금속도체와,A first front metal conductor formed in a patch structure having a rectangular parallelepiped shape in a first front area of the dielectric substrate; 상기 유전체 기판의 전면 제 2 영역에 헬리컬 형태로 패턴 형성된 제 2 전면 금속도체와,A second front metal conductor patterned in a helical shape on a second front area of the dielectric substrate; 상기 유전체 기판의 배면 제 1 영역에 직육면체 형태의 패치 구조로 형성된 제 1 배면 금속도체와,A first rear metal conductor formed in a patch structure in the form of a cuboid on the rear first region of the dielectric substrate; 상기 유전체 기판의 배면 제 2 영역에 헬리컬 형태로 패턴 형성된 제 2 배면 금속도체와,A second rear metal conductor patterned in a helical shape on a second rear surface of the dielectric substrate; 상기 유전체 기판의 전면 일측에 형성되어 상기 전면 금속도체를 단락시켜 급전하는 급전용 금속도체와,A metal conductor for power supply formed on one side of the front surface of the dielectric substrate to short-circuit and feed the front metal conductor; 상기 유전체 기판의 전면 타측에 형성되는 접지용 금속도체와,A grounding metal conductor formed on the other front side of the dielectric substrate; 상기 제 2 전면 금속도체 및 상기 제 2 배면 금속도체를 관통하며 그 측면이 금속으로 도포되는 비아홀Via holes penetrating through the second front metal conductor and the second back metal conductor and the side surfaces thereof are coated with metal. 을 포함하는 초 광대역 안테나.Ultra broadband antenna comprising a. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 비아홀은 상기 제 2 전면 금속도체와 상기 제 2 배면 금속도체를 전기적으로 단락시켜 상기 안테나의 유도성 성분을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.And the via hole electrically shorts the second front metal conductor and the second back metal conductor to increase the inductive component of the antenna. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제 1 배면 금속도체는 상기 제 1 전면 금속도체와 전기적으로 단락되지 않고 전기적인 결합이 형성되어 입력 임피던스의 용량성 성분을 증가시키는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.And wherein the first backside metal conductor is not electrically shorted with the first front side metal conductor and an electrical bond is formed to increase the capacitive component of the input impedance. 삭제delete 삭제delete
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