KR100757090B1 - Multi-band monopole antena - Google Patents

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KR100757090B1
KR100757090B1 KR1020060072951A KR20060072951A KR100757090B1 KR 100757090 B1 KR100757090 B1 KR 100757090B1 KR 1020060072951 A KR1020060072951 A KR 1020060072951A KR 20060072951 A KR20060072951 A KR 20060072951A KR 100757090 B1 KR100757090 B1 KR 100757090B1
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slit
monopole antenna
radiator
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band
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최재훈
정지학
설경문
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

A multi-band monopole antenna is provided to obtain omni-direction by not concentrating reflection of electromagnetic waves on a specific direction and to obtain a multi-band characteristic by controlling the length of slits. A multi-band monopole antenna includes a main radiator(11), a feeding unit(14), a parasitic radiator, a ground plane, a first slit(12), a second slit(13), and a third slit. The main radiator(11) and the feeding unit(14) are formed on one side of a substrate(15). The parasitic radiator and the ground plane are formed on the other plane of the substrate(15). The first slit(12) is formed on the main radiator(11). The second slit(13) is I-shaped, and is formed on the main radiator(11). The third slit is I-shaped, and is formed on the parasitic radiator. The ground plane is separated from the parasitic radiator by a predetermined gap.

Description

다중대역 모노폴 안테나{MULTI-BAND MONOPOLE ANTENA}Multiband Monopole Antenna {MULTI-BAND MONOPOLE ANTENA}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴 안테나의 상면 및 측면을 도시하는 도면.1 illustrates a top and side view of a monopole antenna in accordance with one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴 안테나의 하면을 도시하는 평면도.2 is a plan view illustrating a bottom surface of a monopole antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴 안테나에서 제3슬릿의 길이에 따른 반사 손실 특성 변화를 나타내는 그래프.3 is a graph showing a change in return loss characteristic according to the length of the third slit in the monopole antenna according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴 안테나의 파라미터 변화에 따른 반사 손실 특성 변화를 나타내는 그래프.4 is a graph showing a change in return loss characteristic according to a change in a parameter of a monopole antenna according to an embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 복사 패턴을 나타내는 그래프. 5A through 5F are graphs illustrating an antenna radiation pattern according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴 안테나의 이득을 나타내는 그래프.6 is a graph showing the gain of a monopole antenna according to an embodiment of the present invention.

<도면 부호의 설명><Description of Drawing>

11 주복사체 12 제1슬릿11 Main copy 12 First slit

13 제2슬릿 14 급전부13 2nd slit 14 Feeder

15 기판 21 기생 복사체15 substrate 21 parasitic radiant

22 제3슬릿 23 접지면22 Third slit 23 Ground plane

본 발명은 다중대역 모노폴 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a multiband monopole antenna.

현재 세계적으로 아날로그 및 디지털 통신기술의 급속한 발전으로 셀룰러, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communication), PHS(Personal Handy System) 및 인공위성을 이용한 Iridium 서비스 등 다양한 종류의 이동 통신 서비스가 시행되고 있으며, 국내에서도 셀룰러, PCS 및 CT-2 등이 상용되었거나 상용 중에 있다. 이외에도 DCS(Digital Cordless System), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), WiBro 및 WLAN 등이 현재 사용 중이거나 상용 준비 중에 있다. With the rapid development of analog and digital communication technology in the world, various kinds of mobile communication services such as cellular, personal communication system (PCS), global system for mobile communication (GSM), personal handy system (PHS) and satellites In Korea, cellular, PCS and CT-2 are commercially available or commercially available. In addition, digital cordless systems (DCS), universal mobile telecommunications systems (UMTS), WiBro and WLAN are currently in use or commercially available.

그리고 다중 규격, 다중 대역, 다중 서비스 시대에 시스템 통합의 해결책을 제시해 줄 수 있는 차세대 기반 기술로서 SDR(Software Defined Radio) 기술이 전세계적으로 연구 및 개발되고 있다. SDR 기술은 고속 디지털 신호처리, FPGA(Field Programmable Gate Array) 등 재구성이 가능한 부품들을 사용하여 기저 대역에서부터 RF/IF 신호들까지 처리할 수 있다. 다양한 무선 이동 통신 환경에 유연하게 적용 가능한 시스템을 구축하기 위하여 개방형 구조를 가진 단일 단말기 하드웨어 플랫폼 상에 객체 지향구조의 소프트웨어를 다운로드 하여 끊임없는 통신이 가능하게 하는 SDR 기술은 이동 통신 시장에 현존하는 다양한 통신 시스템을 하나로 묶는 다중 표준, 다중 처리 주파수 및 여러 가지 이동 통신 서비스를 동시에 제공할 수 있는 새로운 시스템이다. In addition, SDR (Software Defined Radio) technology is being researched and developed worldwide as a next-generation based technology that can provide solutions for system integration in an era of multi-standard, multi-band, and multi-service. SDR technology can process from baseband to RF / IF signals using reconfigurable components such as high-speed digital signal processing and field programmable gate arrays (FPGAs). In order to construct a system that can be flexibly applied to various wireless mobile communication environments, the SDR technology that enables continuous communication by downloading the object-oriented structure software on an open terminal hardware platform enables various communication systems in the mobile communication market. It is a new system that can simultaneously provide multiple standards, multiple processing frequencies and multiple mobile communication services that unite communication systems.

특히, 미국에서의 SDR 기술은 군 작전 수행 시 언제, 어디에서나 연속 통신이 가능한 단일 시스템 구축의 필요성에서 시작되었다. 기존에 사용 중이던 통신 장비는 특정 지역 내 동작 주파수 대역에서 군 통신 인프라를 이용하여 통신이 가능한 것으로 서비스 지역을 벗어나거나 군 네트워크가 손상될 경우 작전 수행 명령을 수신할 수 없는 단점을 갖는다. 이에 군에서는 연속 통신이 가능하며 통신 기술의 변화에 유연하게 적응 가능한 시스템 개발이 필요하였다. 미 국방부에서는 공통된 기능을 수행하는 하드웨어 플랫폼 기반으로 응용프로그램을 변경시킴으로써 서비스 규격의 변경이 가능하고 하드웨어에 독립적으로 동작 실행이 가능한 시스템 개발 프로젝트로서 SPEAKeasy를 1995년에 시행하여 성공함으로써 SDR 시스템 개발에 대한 투자가 확대되었고 객체지향 기반구조 정의를 위한 JTRS 프로젝트를 시작하였다. In particular, SDR technology in the United States began with the need to build a single system that enables continuous communication anywhere, anytime in military operations. The existing communication equipment is capable of communicating by using the military communication infrastructure in the operating frequency band in a specific region, and has a disadvantage in that it cannot receive a command to perform operations when it leaves the service area or the military network is damaged. Therefore, the military needed to develop a system capable of continuous communication and flexibly adapting to changes in communication technology. In the US Department of Defense, SPEAKeasy was launched in 1995 as a system development project that can change service specifications and execute hardware independent operation by changing application programs based on hardware platforms that perform common functions. The investment has expanded and the JTRS project has begun to define object-oriented infrastructure.

마찬가지로 유럽에서도 1994년부터 SDR 기술 관력 프로젝트가 여러 가지 형태로 진행되어 오고 있다. 더 나아가서 이제는 SDR 기술이 군사 목적뿐만 아니라 경제적 이익을 줄 수 있는 차세대 기술로 고려되어 기업체들의 관심을 얻기 시작했고 이미 전 세계적으로 대학 및 다양한 연구 기관을 통해 연구가 진행 중에 있다. 이를 바탕으로 2010년경 SDR 통신 시스템은 기지국뿐만 아니라 개인 휴대 단말기 시스템에도 적용이 가능할 것으로 예상된다. 따라서 안테나 분야에 있어서도 SDR 시스템 사용에 적합한 다중대역 안테나가 연구 및 개발되고 있다.   Similarly, in 1994, SDR technology initiatives have been taking place in Europe in various forms. Furthermore, SDR technology is now being considered as a next-generation technology that can provide economic benefits as well as military purposes, which has begun to attract the attention of companies, and research is already underway at universities and various research institutes around the world. Based on this, the SDR communication system is expected to be applicable to not only base stations but also personal portable terminal systems. Therefore, in the antenna field, a multiband antenna suitable for the use of an SDR system has been researched and developed.

현재 다중대역 안테나로서 대역폭 향상을 통해 여러 가지 이동 통신 서비스의 사용 주파수를 모두 포함할 수 있는 광대역 안테나와 칩 다이오드와 같은 신호의 on/off를 이용한 Reconfigurable 안테나, 다중 공진을 이용한 안테나 등 여러 가지 형태의 다중 대역 안테나가 개발 중에 있다.  Currently, multiband antennas have various types of bandwidths, such as broadband antennas that can cover all frequencies used by various mobile communication services, reconfigurable antennas using on / off signals such as chip diodes, and antennas using multiple resonances. Multiband antennas are under development.

본 발명은 다양한 이동 통신 서비스의 사용 주파수를 포함할 수 있는 다중대역 모노폴 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a multiband monopole antenna that can include the frequency of use of various mobile communication services.

본 발명의 일 측면에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 유전체 기판과, 유전체 기판의 일면에 형성되며 Γ 형상의 제1슬릿 및 I 형상의 제2슬릿을 구비하는 주복사체와, 주복사체와 연결되어 있는 스트립 형태의 급전부와, 유전체 기판의 타면에 형성되고 I 형상의 제3슬릿을 갖는 기생 복사체와, 유전체 기판의 타면에서 기생 복사체와 일정한 간격을 가지고 형성되어 있는 접지면을 구비한다. A multi-band monopole antenna according to an aspect of the present invention is a dielectric substrate, a main radiation body formed on one surface of the dielectric substrate and having a Γ-shaped first slit and an I-shaped second slit, and a strip connected to the main radiator. And a parasitic radiator formed on the other surface of the dielectric substrate and having an I-shaped third slit, and a ground plane formed at regular intervals from the parasitic radiator on the other surface of the dielectric substrate.

본 발명에 따른 다중대역 모노폴 안테나의 실시예들은 다음과 같은 특징들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 주복사체 및 기생 복사체는 장방형일 수 있다. 그리고 유전체 기판은 FR-4, 에폭시(epoxy), 듀로이드(Duroid), 테프론(Teflon), 베이크라이트, 고저항 실리콘, 유리, 알루미나, LTCC 및 에어폼(Air form) 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다. 접지면은 주복사체와 중첩되지 않는 것이 바람직하다. Embodiments of a multiband monopole antenna according to the present invention may have one or more of the following features. For example, the main and parasitic radiators may be rectangular. The dielectric substrate may be formed by any one of FR-4, epoxy, Duroid, Teflon, bakelite, high resistance silicon, glass, alumina, LTCC and air form. Can be. It is preferable that the ground plane does not overlap with the main radiator.

주복사체 및 기생 복사체는 0.88~0.96GHz, 1.71~2.50GHz, 그리고 5.15~5.85GHz의 주파수 대역에서 반사 손실 특성이 향상되도록 하는 것을 특징으로 하는데, 주복사체의 크기는 25mm × 28mm, 기생 복사체의 크기는 17mm × 23mm, 기생 복사체와 접지면 사이의 간격은 2mm일 수 있다. 그리고 급전부의 폭은 3mm이고, 제1슬릿의 길이는 45mm, 제2슬릿의 길이는 16mm, 그리고 제3슬릿의 길이는 16mm일 수 있다. 또한, 유전체 기판은 두께 1.6mm이고 비유전율이 4.4인 FR-4 기판을 사용할 수 있다. The main and parasitic radiators are characterized by improving the return loss characteristics in the frequency bands of 0.88-0.96 GHz, 1.71-2.50 GHz, and 5.15-5.85 GHz. The size of the main radiator is 25 mm x 28 mm, the size of the parasitic radiator. May be 17 mm x 23 mm, and the spacing between the parasitic radiator and the ground plane is 2 mm. The width of the feed part may be 3 mm, the length of the first slit may be 45 mm, the length of the second slit may be 16 mm, and the length of the third slit may be 16 mm. In addition, the dielectric substrate may use an FR-4 substrate having a thickness of 1.6 mm and a relative dielectric constant of 4.4.

이하, 본 발명에 따른 다중대역 모노폴 안테나의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, an embodiment of a multi-band monopole antenna according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and duplicated thereto. The description will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 평면도 및 측면도이고, 도 2는 그 배면도이다. 1 is a plan view and a side view of an antenna according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a rear view thereof.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 기판(15)의 일면에 주복사체(11) 및 급전부(14)가 형성되어 있고, 기판의 타면에는 기생 복사체(21) 및 접지면(23)이 형성되어 있다. 그리고 주복사체(11)에는 Γ 형상의 제1슬릿(12), I 형상의 제2슬릿(13)이 형성되어 있고, 기생 복사 체(21)에는 I 형상의 제3슬릿(22)이 형성되어 있다. 또한, 접지면(23)은 기생 복사체(21)와 일정 간격(d) 이격되어 있다.1 and 2, in a multi-band monopole antenna according to an exemplary embodiment of the present invention, a main radiator 11 and a power feeding unit 14 are formed on one surface of a substrate 15, and a parasitic surface is formed on the other surface of the substrate. The radiator 21 and the ground plane 23 are formed. In the main radiator 11, a first slit 12 having a Γ shape and a second slit 13 having an I shape are formed, and a third slit 22 having an I shape is formed in the parasitic radiator 21. have. In addition, the ground plane 23 is spaced apart from the parasitic radiator 21 by a predetermined interval d.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 Γ 형상을 갖는 제1슬릿(12)의 길이를 조절함으로써 가장 낮은 주파수 대역의 공진 주파수 대역을 조정할 수 있고, I 형상을 갖는 제2슬릿(13)의 길이를 조절함으로써 가장 높은 주파수 대역의 임피던스 정합 특성을 얻을 수 있다. 그리고 기생 복사체(21)에 형성된 I 형상의 제3슬릿(22)의 길이를 조정함으로써 중간 대역의 공진이 추가되기 때문에 본 실시예에 따른 안테나는 다중대역 특성을 얻을 수 있다. 따라서 제1슬릿(12), 제2슬릿(13) 및 제3슬릿(22)의 길이를 조절함으로써 공진 특성과 임피던스 특성을 조절할 수 있다. Multiband monopole antenna according to an embodiment of the present invention having such a configuration can adjust the resonant frequency band of the lowest frequency band by adjusting the length of the first slit 12 having a Γ shape, having an I shape By adjusting the length of the second slit 13, the impedance matching characteristic of the highest frequency band can be obtained. And since the resonance of the intermediate band is added by adjusting the length of the I-shaped third slit 22 formed in the parasitic radiator 21, the antenna according to the present embodiment can obtain the multi-band characteristics. Therefore, the resonance characteristics and the impedance characteristics may be adjusted by adjusting the lengths of the first slit 12, the second slit 13, and the third slit 22.

유전체 기판(15)은 소정의 εr 및 두께 h를 갖는 비전도성 물질로 이루어진다. 유전체 기판(15)으로는 단가가 비교적 저렴한 FR-4를 사용할 수 있다. 물론, 유전체 기판(15)은 이에 국한되는 것은 아니며, 에폭시(epoxy), 듀로이드(Duroid), 테프론(Teflon), 베이크라이트, 고저항 실리콘, 유리, 알루미나, LTCC 및 에어폼(Air form) 중 어느 하나를 선택해서 사용할 수 있다. 본 실시예에 따른 유전체 기판은 크기가 35×50(mm)이고 비유전율이 4.4, 그리고 두께가 1.6mm의 FR-4 기판을 사용하였다.The dielectric substrate 15 is made of a nonconductive material having a predetermined ε r and a thickness h. As the dielectric substrate 15, FR-4 which is relatively inexpensive can be used. Of course, the dielectric substrate 15 is not limited thereto, and may be one of epoxy, duroid, Teflon, bakelite, high resistance silicon, glass, alumina, LTCC, and air form. You can choose either one. The dielectric substrate according to the present embodiment used a FR-4 substrate having a size of 35 × 50 (mm), a dielectric constant of 4.4, and a thickness of 1.6 mm.

유전체 기판(15)의 일면에 형성된 주복사체(11)는 Wp×Lp 크기의 장방향 형상을 갖는다. 주복사체(11)의 일 측에는 급전부(14)가 구비되어 있다. 그리고 주복사 체(11)에 형성된 Γ 형상의 제1슬릿(12)은 주복사체(11)의 일 측에서부터 주복사체(11)의 내부를 따라서 연장되어 있다. 제1슬릿(12)은 90도의 각도로 2회 꺾여 있다. 그리고 I 형상의 제2슬릿(13)은 주복사체(11)의 일 측에서 일정한 길이(S1)를 가지고 직선으로 연장되어 있다. 제1슬릿(12)의 길이 ΓL를 조절함으로써 GSM의 중심 주파수 대역에 해당하는 약 920MHz 대역에서 공진 주파수 대역을 조정할 수 있다. 본 실시예에서는 제1슬릿(12)의 길이 ΓL을 45mm, 그리고 제2슬릿의 길이 S1을 16mm로 하였다. The main radiator 11 formed on one surface of the dielectric substrate 15 has a longitudinal shape of W p × L p size. One side of the main copy member 11 is provided with a power feeding portion 14. In addition, the first slit 12 having a Γ shape formed on the main radiation body 11 extends from one side of the main radiation body 11 along the inside of the main radiation body 11. The first slit 12 is bent twice at an angle of 90 degrees. In addition, the I-shaped second slit 13 extends in a straight line with a constant length S 1 on one side of the main radiation body 11. By adjusting the length Γ L of the first slit 12, the resonant frequency band may be adjusted in the 920 MHz band corresponding to the center frequency band of GSM. In the present embodiment, the length Γ L of the first slit 12 is 45 mm, and the length S 1 of the second slit is 16 mm.

급전부(14)는 미세한 폭(Wf)을 가지고 제1슬릿(12) 및 제2슬릿(13)의 시작점 사이에서 연장되어 기판(15)의 단부까지 연장되어 있다. 급전부(14)를 미세한 폭(Wf)을 갖는 마이크로 패치 구조로 형성함으로써 안테나의 경량화 및 소형화를 달성할 수 있게 된다. 본 실시예에서는 급전부(14)의 폭(Wf)을 3mm로 하였다. The power feeding portion 14 has a fine width W f and extends between the start points of the first slit 12 and the second slit 13 and extends to the end of the substrate 15. By forming the feed section 14 into a micro patch structure having a fine width W f , it is possible to achieve a lighter weight and a smaller size of the antenna. In the present Example, the width W f of the power supply part 14 was 3 mm.

기판(15)의 이면에 형성된 기생 복사체(21)는 장방형의 도체에 I 형상의 제3슬릿(22)이 형성되어 전체적으로 역 U 형상을 갖는다. 기생 복사체(21)는 폭 Wb, 그리고 높이 Lb를 갖는다. 기생 복사체(21)는 접지면(23)에서 d 만큼 이격되어 있다. 기생 복사체(21)의 제3슬릿(22)의 길이를 조정함으로써 중간 대역의 주파수를 갖는 공진을 추가할 수 있다. 본 실시예에서 기생 복사체(21)는 17×23mm의 크기를 갖는다. The parasitic radiator 21 formed on the back surface of the substrate 15 has an inverted U-shape as a whole with an I-shaped third slit 22 formed on a rectangular conductor. The parasitic radiator 21 has a width W b and a height L b . The parasitic radiators 21 are spaced apart from the ground plane 23 by d. By adjusting the length of the third slit 22 of the parasitic radiator 21, resonance having an intermediate band frequency can be added. In this embodiment, the parasitic radiator 21 has a size of 17 × 23 mm.

접지면(23)은 기생 복사체(21)와 일정한 간격을 두고 유전체 기판(15)의 저 면 중 일부에 형성되어 있다. 접지면(23)은 주복사체(11)와 중첩되지 않게 즉, 정면에서 안테나를 바라 볼 경우 주복사체(11)와 접지면(23)이 겹치지 않게 형성되어 있다. 따라서 주복사체(11)에 의해 복사되는 전자기파가 접지면(23)에 의해 차폐됨이 없이 방출될 수 있으며 일반적인 모노폴(monopole) 안테나와 유사한 전방향성의 복사 특성을 얻을 수 있게 된다.The ground plane 23 is formed on a part of the bottom surface of the dielectric substrate 15 at regular intervals from the parasitic radiator 21. The ground plane 23 is formed so as not to overlap with the main radiator 11, that is, the main radiator 11 and the ground plane 23 do not overlap when the antenna is viewed from the front. Therefore, electromagnetic waves radiated by the main radiator 11 can be emitted without being shielded by the ground plane 23, thereby obtaining omnidirectional radiation characteristics similar to those of a general monopole antenna.

이상에서 살펴본 안테나의 치수를 정리하면 아래 표 1과 같다. 여기서 유전체 기판(15)으로는 크기가 35×50(mm)이고 비유전율이 4.4, 그리고 두께가 1.6mm의 FR-4 기판을 사용하였다.The dimensions of the antennas discussed above are summarized in Table 1 below. As the dielectric substrate 15, a FR-4 substrate having a size of 35 × 50 (mm), a dielectric constant of 4.4, and a thickness of 1.6 mm was used.

[표 1] 안테나 치수 단위 : mm[Table 1] Antenna dimension unit: mm

Wp W p Lp L p Wb W b Lb L b 2525 2828 1717 2323 ΓL Γ L S1 S 1 S2 S 2 dd 4545 1616 1616 22

도 3은 기생 복사체(21)의 I 형상의 제3슬릿(22)의 길이 변화에 따른 주파수별 반사 손실(return loss)의 측정값을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing a measurement of return loss for each frequency according to the change in length of the third slit 22 having an I shape of the parasitic radiator 21.

여기서, 반사 손실이란 입력단에 들어간 전력이 반사되어 발생한 손실을 의미하는 것으로 반사계수 S11의 값을 dB로 표시한 것이다. 반사 손실은 입력단에서의 임피던스 매칭(impedance matching)이 얼마나 잘 되어 있는지를 나타내는 지표로서 활용된다. 도 3을 참조하면, 제3슬릿(22)의 길이를 12mm에서 16mm로 2mm 간격씩 변화시킨 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나의 반사 손실 특성을 나타낸다. 제3슬릿(22)의 길이를 변경함으로써 2.1GHz에서 공진이 형성 되어 반사손실 -10dB 이하의 기준 1.7~2.5GHz 대역에서 대역폭 특성이 향상됨을 알 수 있다. 특히 제3슬릿(22)의 길이를 16mm로 형성할 경우 1.7~2.5GHz 대역에서 반사 손실이 가장 줄어들어 임피던스 매칭이 향상됨을 알 수 있다. Here, the reflection loss refers to the loss caused by the reflection of the power input to the input terminal and represents the value of the reflection coefficient S11 in dB. Return loss is used as an indicator of how well the impedance matching at the input stage is done. Referring to FIG. 3, when the length of the third slit 22 is changed from 12 mm to 16 mm by 2 mm intervals, the reflection loss characteristic of the multi-band monopole antenna according to the exemplary embodiment of the present invention is shown. It can be seen that by changing the length of the third slit 22, resonance is formed at 2.1 GHz, thereby improving bandwidth characteristics in the reference 1.7 to 2.5 GHz band with a return loss of -10 dB or less. In particular, when the length of the third slit 22 is formed to 16 mm, it can be seen that the reflection loss is reduced the most in the 1.7 to 2.5 GHz band, thereby improving impedance matching.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나에서 각 구성의 유무에 따른 주파수별 반사손실의 측정값을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the measurement of the return loss for each frequency with or without each configuration in a multi-band monopole antenna according to an embodiment of the present invention.

도 4에서는 각각의 통신 시스템에 대한 주파수 범위를 표시하였다. 즉, 저주파 대역에 해당하는 GSM (0.88~0.96GHz), 그리고 중간 주파수 대역에 해당하는 DCS(1.71~1.88GHz), UMTS(1.91~2.17GHz), WiBro(2.30~2.39GHz) 및 2.4GHz WLAN(2.40~2.50)의 주파수 대역이 x축에 표시되어 있다. 또한, 고주파수 대역에 해당하는 5.2/5.8GHz WLAN(5.15~5.85GHz)가 표시되어 있다.4 shows the frequency range for each communication system. That is, GSM (0.88 ~ 0.96GHz) corresponding to low frequency band, DCS (1.71 ~ 1.88GHz), UMTS (1.91 ~ 2.17GHz), WiBro (2.30 ~ 2.39GHz) and 2.4GHz WLAN 2.40 ~ 2.50) is indicated on the x-axis. In addition, 5.2 / 5.8 GHz WLAN (5.15 to 5.85 GHz) corresponding to the high frequency band is displayed.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 단순 사각형 패치를 갖는 모노폴 안테나의 경우(점선 표시)에는 -10dB를 기준으로 하여 2.6~2.9GHz를 제외하고는 반사 손실이 크기 때문에 임피던스 정합 특성이 좋지 않음을 알 수 있다. 그러나 유전체 기판(15)의 일면에 Γ 형상의 제1슬릿(12) 및 I 형상의 제2슬릿(13)을 구비하는 주복사체(11)만을 구비한 안테나의 경우(이점 점선 표시)에는 단순한 사각의 모노폴 안테나에 비해 저주파 대역인 0.86~0.98GHz와 고주파 대역인 4.72GHz~6.61GHz에서 반사 손실이 감소하여 임피던스 정합 특성이 향상됨을 알 수 있다. 그리고 본 실시예에 따른 안테나의 경우(실선 표시), 저주파 대역인 0.86~0.98GHz, 중간 주파수 대역인 1.7~2.6GHz 및 고주파 대역인 4.72GHz~6.61GHz에서 반사 손실이 감소하여 임피던스 정합 특성이 향상되었음을 알 수 있다. 따라서 제1슬릿(12) 및 제2슬릿(13) 을 갖는 제1복사체(11), 그리고 제3슬릿(22)을 갖는 기생 복사체(21)를 형성함으로써 다중공진 및 다중대역 모노폴 안테나를 얻을 수 있다.As can be seen in FIG. 4, in the case of a monopole antenna having a simple rectangular patch (dotted line display), the impedance matching characteristic is not good because the return loss is large except for 2.6 to 2.9 GHz based on -10 dB. Can be. However, in the case of an antenna having only a main radiator 11 having a Γ-shaped first slit 12 and an I-shaped second slit 13 on one surface of the dielectric substrate 15 (dotted dotted line), a simple square Compared to the monopole antenna, the return loss is reduced in the low frequency band of 0.86-0.98 GHz and the high frequency band of 4.72 GHz to 6.61 GHz, thereby improving impedance matching characteristics. In the case of the antenna according to the present embodiment (solid line display), the reflection loss is reduced in the low frequency band 0.86-0.98 GHz, the intermediate frequency band 1.7-2.6 GHz, and the high frequency band 4.72 GHz to 6.61 GHz, thereby improving impedance matching characteristics. It can be seen that. Therefore, multi-resonant and multi-band monopole antennas can be obtained by forming the first radiator 11 having the first slit 12 and the second slit 13, and the parasitic radiator 21 having the third slit 22. have.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 주파수에 따른 복사 패턴을 나타낸 그림이다. 도 5a 내지 도 5f에서 점선은 E(x-z) 평면을 나타내고 실선은 H(x-y) 평면을 나타낸다. 5A to 5F are diagrams illustrating radiation patterns according to frequencies of antennas according to an embodiment of the present invention. 5A-5F, the dotted line represents the E (x-z) plane and the solid line represents the H (x-y) plane.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 GSM의 중심 주파수인 0.92GHz에서 일반적인 모노폴 안테나와 유사한 전방향 특성을 나타냄을 알 수 있다. Referring to FIG. 5A, it can be seen that the multi-band monopole antenna according to an embodiment of the present invention exhibits omnidirectional characteristics similar to a general monopole antenna at 0.92 GHz, which is the center frequency of GSM.

도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 DCS의 중심 주파수인 1.80GHz에서 전방향 특성을 나타낸다. Referring to FIG. 5B, the multi-band monopole antenna according to the embodiment of the present invention exhibits omnidirectional characteristics at 1.80 GHz, which is the center frequency of the DCS.

도 5c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 UMTS의 중심 주파수인 2.05GHz에서 전방향 특성을 나타낸다.Referring to FIG. 5C, the multi-band monopole antenna according to an embodiment of the present invention exhibits omnidirectional characteristics at 2.05 GHz, which is the center frequency of UMTS.

도 5d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 WiBro의 중심 주파수인 2.33GHz에서 전방향 특성을 나타낸다.Referring to FIG. 5D, the multi-band monopole antenna according to an embodiment of the present invention exhibits omnidirectional characteristics at 2.33 GHz, which is the center frequency of WiBro.

도 5e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 2.4GHz WLAN의 중심 주파수인 2.45GHz에서 전방향 특성을 나타낸다.Referring to FIG. 5E, the multi-band monopole antenna according to an embodiment of the present invention exhibits omnidirectional characteristics at 2.45 GHz, which is a center frequency of a 2.4 GHz WLAN.

도 5f를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 5.2/5.8 GHZ WLAN의 중심 주파수인 5.50GHz에서 전방향 특성을 나타낸다.Referring to FIG. 5F, a multiband monopole antenna according to an embodiment of the present invention exhibits omnidirectional characteristics at 5.50 GHz, which is a center frequency of 5.2 / 5.8 GHZ WLAN.

따라서 도 5a 내지 도 5f를 통해서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 0.88~0.96GHz의 저주파 대역, 1.71~2.50GHz 의 중간 주파수 대역 및 5.15~5.85GHz의 고주파수 대역에 대해서 모노폴 안테나와 유사한 전방향성을 나타냄을 알 수 있다.Accordingly, as can be seen through FIGS. 5A to 5F, the multi-band monopole antenna according to the embodiment of the present invention has a low frequency band of 0.88-0.96 GHz, an intermediate frequency band of 1.71-2.50 GHz, and a high frequency of 5.15-5.85 GHz. It can be seen that it exhibits omnidirectional similarity to the monopole antenna with respect to the band.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 주파수에 대한 이득의 측정값을 나타낸 그래프이다. 6 is a graph illustrating a measurement of gain with respect to the frequency of an antenna according to an embodiment of the present invention.

여기서 이득(gain)은 전 방향으로 전자파가 반사되는 isotropic 안테나에 비해 특정 방향으로 반사 형태가 얼마나 집중되는 지를 나타내는 지표이다. 도 6을 참조하면, GSM의 주파수 대역에 해당하는 0.88~0.96GHz의 저주파 대역에서 안테나의 이득은 0.47dBi에서 1.54dBi로 1.13dBi의 이득 변화를 갖는다. 그리고 DCS, UMTS, WiBro, 2.4GHz WLAN의 주파수 대역에 해당하는 1.70~2.50GHz의 중간 주파수 대역에서는 최고 이득이 2.01dBi로서 1.02dBi 미만의 이득 변화 특성을 갖는다. 또한, 5.2/5.8GHz의 주파수 대역에 해당하는 4.72~6.61GHz의 고주파수 대역에서는 최고 이득이 3.74dBi로서 약 1.76dBi의 이득 변화 특성을 갖는다. Here, the gain is an index indicating how much the reflection shape is concentrated in a specific direction compared to an isotropic antenna in which electromagnetic waves are reflected in all directions. Referring to FIG. 6, in the low frequency band of 0.88-0.96 GHz corresponding to the frequency band of GSM, the gain of the antenna has a gain change of 1.13 dBi from 0.47 dBi to 1.54 dBi. In the intermediate frequency band of 1.70 to 2.50 GHz, corresponding to the frequency bands of DCS, UMTS, WiBro, and 2.4 GHz WLAN, the maximum gain is 2.01 dBi, which has a gain variation characteristic of less than 1.02 dBi. In addition, in the high frequency band of 4.72 to 6.61 GHz, which corresponds to the frequency band of 5.2 / 5.8 GHz, the maximum gain is 3.74 dBi and has a gain change characteristic of about 1.76 dBi.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역 모노폴 안테나는 0.88~0.96GHz의 저주파 대역, 1.71~2.50GHz의 중간 주파수 대역 및 5.15~5.85GHz의 고주파수 대역에 대해서 전자파의 반사가 특정 방향으로 집중되지 않고 모노폴 안테나와 유사하게 전방향성을 나타내는 것을 알 수 있다.Therefore, in the multi-band monopole antenna according to the embodiment of the present invention, reflection of electromagnetic waves is not concentrated in a specific direction in the low frequency band of 0.88-0.96 GHz, the intermediate frequency band of 1.71-2.50 GHz, and the high frequency band of 5.15-5.85 GHz. It can be seen that it exhibits omnidirectional similar to the monopole antenna.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 다양한 변경예와 수정예도 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다. Although the embodiments of the present invention have been described above, various changes and modifications of the present invention should also be construed as falling within the scope of the present invention as long as the technical idea of the present invention is realized.

본 발명은 다양한 이동 통신 서비스의 사용 주파수를 포함할 수 있는 다중대역 모노폴 안테나를 제공할 수 있다. The present invention can provide a multi-band monopole antenna that can include the frequency of use of various mobile communication services.

Claims (14)

유전체 기판과;A dielectric substrate; 상기 유전체 기판의 일면에 형성되며 Γ 형상의 제1슬릿 및 I 형상의 제2슬릿을 구비하는 주복사체와;A main radiator formed on one surface of the dielectric substrate and having a first slit having a Γ shape and a second slit having an I shape; 상기 주복사체와 연결되어 있는 스트립 형태의 급전부와;A feed unit having a strip shape connected to the main copy body; 상기 유전체 기판의 타면에 형성되고 I 형상의 제3슬릿을 갖는 기생 복사체와;A parasitic radiator formed on the other surface of the dielectric substrate and having a third slit of an I shape; 상기 유전체 기판의 타면에서 상기 기생 복사체와 일정한 간격을 가지고 형성되어 있는 접지면을 구비하는 다중대역 모노폴 안테나. And a ground plane formed at a predetermined distance from the parasitic radiator on the other side of the dielectric substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주복사체 및 상기 기생 복사체는 장방형인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.The main radiator and the parasitic radiator are rectangular. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 기판은 FR-4 기판인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나. The dielectric substrate is a multi-band monopole antenna, characterized in that the FR-4 substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 기판은 에폭시(epoxy), 듀로이드(Duroid), 테프론(Teflon), 베이크라이트, 고저항 실리콘, 유리, 알루미나, LTCC 및 에어폼(Air form) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나. The dielectric substrate is any one of epoxy, duroid, Teflon, bakelite, high resistance silicon, glass, alumina, LTCC, and air form. antenna. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 접지면은 상기 주복사체와 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.And the ground plane does not overlap the main radiation body. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주복사체 및 상기 기생 복사체는 0.88~0.96GHz, 1.71~2.50GHz, 그리고 5.15~5.85GHz의 주파수 대역에서 반사 손실 특성이 향상되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.The main radiator and the parasitic radiator are characterized in that the return loss characteristic is improved in the frequency band of 0.88 ~ 0.96 GHz, 1.71 ~ 2.50 GHz, and 5.15 ~ 5.85 GHz. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 주복사체의 크기는 25mm × 28mm 인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.Multi-band monopole antenna, characterized in that the size of the main radiator is 25mm × 28mm. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 기생 복사체의 크기는 17mm × 23mm 인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.The parasitic radiator has a size of 17 mm × 23 mm multi-band monopole antenna. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 기생 복사체와 상기 접지면 사이의 간격은 2mm인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.And the spacing between the parasitic radiator and the ground plane is 2 mm. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 급전부의 폭은 3mm인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.The width of the feed portion is a multi-band monopole antenna, characterized in that 3mm. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1슬릿의 길이는 45mm인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.The length of the first slit is a multi-band monopole antenna, characterized in that 45mm. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제2슬릿의 길이는 16mm인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.The length of the second slit is a multi-band monopole antenna, characterized in that 16mm. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제3슬릿의 길이는 16mm인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나.The length of the third slit is a multi-band monopole antenna, characterized in that 16mm. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 유전체 기판은 두께 1.6mm이고 비유전율이 4.4인 FR-4 기판인 것을 특징으로 하는 다중대역 모노폴 안테나. The dielectric substrate is a multi-band monopole antenna, characterized in that the FR-4 substrate having a thickness of 1.6mm and a dielectric constant of 4.4.
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