KR100820777B1 - 다중 대역 모노폴 안테나 - Google Patents

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윤태열
변승복
임종혁
이정안
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한양대학교 산학협력단
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Abstract

본 발명은 다중 대역 모노폴 안테나에 관한 것으로, 유전체 기판; 유전체 기판에 형성되고, 하나의 스터브와 다수개의 슬릿으로 구성된 패치소자; 및 패치소자가 유전체 기판에 형성된 면과 다른 유전체 기판의 면에 형성된 접지면으로 구성함으로써, 휴대용 단말기에서 다양한 종류의 서비스가 이루어지도록 다양한 종류의 서비스에 해당되는 주파수를 지원할 수 있다.

Description

다중 대역 모노폴 안테나{MULTI-BAND PLANAR MONOPOLE ANTENNA}
도 1은 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나에 대한 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나의 각 밴드의 전류 흐름을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나 각 밴드의 서비스 중심주파수에 대한 서비스 패턴을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나에 의해 서비스 가능한 주파수를 나타낸 도표.
도 6은 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나의 성능 실험 결과를 나타낸 도면.
본 발명은 마이크로스트립 형태의 다중 대역 모노폴 안테나에 관한 것이다.
최근 들어, 무선 통신 기술의 급속한 발전으로 개인 휴대통신, 무선 화상통신, 휴대 인터넷 통신 및 위성통신 등이 새로이 출현하여 사용 빈도가 급속히 늘어나고 있다.
이에 따라 여러 주파수 대역을 동시에 받을 수 있으며, 하나의 안테나로 통합할 수 있는 다중 대역 안테나 개발이 필수적인 요소로 등장하고 있다.
이에 따른 연구로 많은 주파수 서비스의 수요가 증가하기 때문에 다중 대역 안테나가 등장하게 되었다.
즉, 다양한 종류의 서비스를 사용자에게 제공하기 위한 단말기로 휴대용 단말기가 많이 사용되고 있다. 이러한 다양한 종류의 서비스를 휴대용 단말기에서 제공받기 위해 다중 대역 안테나를 필요로 하게 된다.
예를 들어, 휴대용 단말기는 GSM-850(824~894MHz), DCS-1800(1710~1880MHz), K-PCS(1750~1870MHz), DCS-1900(1850~1990MHz), IMT-2000(1885~2220MHz), WCDMA(1920~2170MHz), Wibro(2300~2400MHz), 그리고 DMB(2605~2655MHz) 통신에 이르기까지 다양한 주파수 서비스 지원하기 위해서 다중 대역 모노폴 안테나를 필요로 한다.
따라서, 본 발명은 휴대용 단말기에서 다양한 종류의 서비스가 이루어지도록 다양한 종류의 서비스에 해당되는 주파수를 지원하는 다중 대역 모노폴 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나는, 유전체 기판; 유전체 기판에 형성되고, 하나의 스터브와 다수개의 슬릿으로 구성된 패치소자; 및 패치소자가 유전체 기판에 형성된 면과 다른 유전체 기판의 면에 형성된 접지면으로 구성된다.
상기 다중 대역 모노폴 안테나는 폭 W1=56mm, 길이 L1=65mm의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 유전체 기판은 비유전율εr=4.4이고, 높이 h= 1.6mm를 갖는 것이 바람직하다.
상기 접지면은 폭 13.75mm, 길이 56mm의 크기를 가지며, 패치소자와 중첩되지 않는 것이 바람직하다.
상기 다수개의 슬릿은, 각각의 폭 1.0mm, 길이 8.5mm를 갖는 비대칭 구조를 갖는 6개의 슬릿과, 각각의 폭 1.0mm, 길이 16.5mm를 갖는 2개의 슬릿으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 스터브는 길이 37mm를 갖는 것이 바람직하다.
상기 패치소자에 구성된 스터브와 다수개의 슬릿에 의해 800MHz ~2.6GHz 대 역의 서비스가 이루어질 수 있다.
이하 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 이해의 편의를 위하여 비록 다른 도면에 속하더라도 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하였음을 주의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나에 대한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나는, 유전체 기판(15), 유전체 기판(15)위에 형성된 패치소자(11) 및 유전체 기판(15) 뒷면에 형성된 접지면(14)으로 구성된다.
이때 다중 대역 모노폴 안테나(10)는 폭 W1=56mm, 길이 L1=65mm이며, 유전체 기판(15)은 비유전율εr=4.4이고, 높이 h= 1.6mm를 갖도록 설계하였다.
접지면(14)은 패치소자(11)의 윗부분과 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 접지면(14)은 폭 56mm, 길이 13.75mm를 갖도록 설계하였다.
패치소자(11)는 6개의 비대칭 슬릿(12), 2개의 슬릿(16) 및 스터브(13)로 형성되어 있다.
슬릿(12) 및 슬릿(16)은 패치소자(11)의 표면 전류 흐름(예로,길이)를 변화시켜 여러 주파수를 얻을 수 있도록 한다. 그리고, 슬릿(12) 및 슬릿(16)을 사용함으로써 패치소자(11)의 크기를 줄일 수 있게 된다. 이에 따라, 다중 대역 안테나의 크기를 줄일 수 있게 된다.
이때, 슬릿(12)은 폭 1.0mm, 길이 8.5mm를 갖도록 설계되었으며, 패치소자(11)의 전류의 전기적인 길이를 길게 하는 역할을 한다.
스터브(13)는 패치소자(11)의 전류 길이를 증가시켜 낮은 서비스 대역(800MHz)을 얻는 역할을 한다.
한편, 패치소자(11)의 급전선은 마이크로스트립 급전선인 것이 바람직하다
슬릿(16)은 패치 소자(11) 상부에 형성되어 W3 의 길이를 가지며, L2 의 길이를 갖는 스터브(13)과 함께 패치 소자(11)에 안테나의 가장 긴 전기적인 전류의 흐름을 발생한다. 이에 따라 주파수 서비스(GSM-850)를 만족시키게 된다.
상기한 도 1에 도시된 다중 대역 모노폴 안테나는 아래의 표 1과 같이 설계되었다.
단위(mm)
W2 W3 W4 L2
41.5 16.5 8.5 37
L3 L4 L5
13.75 17 7
이러한 표 1과 같이 설계된 다중 대역 모노폴 안테나에 의해서 서비스 가능한 주파수를 나타낸 도면이 도 5에 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 다중 대역 모노폴 안테나는 GSM-850의 대역인 844MHz ~ 894MHz 부터 DMB의 대역인 2605MHz ~ 2655MHz 까지 주파수의 서비스를 제공함을 알 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나의 밴드의 전류 흐름을 예시한 도면이다.
도 2의 (a)는 밴드 1의 GSM-850 대역에서의 전류 흐름을 나타내며, 스터브(13)를 통하여 전류의 길이가 도 2에 도시된 밴드의 전류 흐름 중 가장 길게 나타내어진 것을 알 수 있다.
도 2의 (b)는 밴드 2의 전류 흐름을 나타내며, 각각 비대칭으로 구성된 여러 슬릿(12) 주위에 전류가 넓게 형성되어 1710MHz ~ 2379MHz 대역의 서비스를 선택할 수 있도록 한다.
도 2의 (c)는 밴드 3의 DMB 서비스 대역의 전류 흐름을 나타내며, 패치 소자(11)의 중심을 통해 상위 부분까지 도 2에 도시된 밴드의 전류 흐름 중 가장 짧은 길이의 전류 길이를 가짐을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나의 반사 손실에 대한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다중 대역 모노폴 안테나의 반사 손실에 대한 그래프는 안테나의 -10dB 임피던스 대역폭을 나타낸 것이다.
밴드 1은 824MHz~936MHz으로 112MHz의 대역폭을 가지며, 밴드 2는 1710MHz~2397MHz로 687MHz 대역을 가지고, 밴드 3은 2602MHz~2655MHz 범위의 53MHz 대역을 가짐을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나 각 밴드의 서비스 중심주파수에 대한 서비스 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)와 (b)는 각각 E, H 패턴으로 각 밴드의 중심 주파수(밴드1(850MHz), 밴드 2(2042MHz), 밴드 3(2630MHz))를 중심으로 측정된 방사패턴을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 측정된 방사패턴은 일반적인 모노폴 안테나의 방사패턴에 비해서 많은 변화가 있는 것을 확인할 수 있다. 그 이유는 패치 소자(11)에 결합되어 있는 다수 개의 슬릿(12)과 상부에 결합된 스터브(13)의 영향을 받아 패턴의 변화가 생기기 때문이다. 측정된 안테나의 이득은 각 밴드별로 -3.18, 2.15, -0.98dBi로 확인되었다. 전체 선택된 주파수 대역의 평균이득은 1dBi로 확인되었다.
도 6은 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나의 성능(서비스 종류, 대역폭, 이득) 실험에 대한 결과를 나타낸 도면이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 대역 모노폴 안테나에 따르면, 8개의 슬릿을 이용하여 다중대역 주파수를 가진 서비스를 제공할 수 있으며, 스터브를 추가함으로써 낮은 대역의 서비스를 동시에 만족시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 다중 대역 모노폴 안테나에 있어서,
    유전체 기판;
    유전체 기판에 형성되고, 하나의 스터브와 다수개의 슬릿으로 구성된 패치소자; 및
    패치소자가 유전체 기판에 형성된 면과 다른 유전체 기판의 면에 형성된 접지면으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
  2. 다중 대역 모노폴 안테나에 있어서,
    유전체 기판과; 상기 유전체 기판에 형성되고, 하나의 스터브와 다수개의 슬릿으로 구성된 패치소자와; 상기 패치소자가 유전체 기판에 형성된 면과 다른 유전체 기판의 면에 형성된 접지면으로 구성되되, 상기 유전체 기판이 포함된 다중 대역 모노폴 안테나가 폭 W1=56mm, 길이 L1=65mm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유전체 기판은 비유전율εr=4.4이고, 높이 h= 1.6mm를 갖는 것을 특징 으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접지면은 폭 13.75mm, 길이 56mm의 크기를 가지며, 패치소자와 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다수개의 슬릿은, 각각의 폭 1.0mm, 길이 8.5mm를 갖는 비대칭 구조를 갖는 6개의 슬릿과, 각각의 폭 1.0mm, 길이 16.5mm를 갖는 2개의 슬릿으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스터브는 길이 37mm를 갖는 것을 특징으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패치소자에 구성된 스터브와 다수개의 슬릿에 의해 800MHz ~2.6GHz 대역의 서비스가 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
  8. 다중 대역 모노폴 안테나에 있어서,
    유전체 기판과, 상기 유전체 기판에 형성되고, 하나의 스터브와 다수개의 슬릿으로 구성된 패치소자와, 상기 패치소자가 유전체 기판에 형성된 면과 다른 유전체 기판의 면에 형성된 접지면으로 구성되되,
    상기 유전체 기판은 비유전율εr=4.4, 높이 h= 1.6mm로 이루어지고; 상기 접지면은 폭 13.75mm, 길이 56mm의 크기를 가지며, 상기 패치소자와 중첩되지 않도록 이루어지며; 상기 다수개의 슬릿은 각각의 폭 1.0mm, 길이 8.5mm를 갖는 비대칭 구조를 갖는 6개의 슬릿과, 각각의 폭 1.0mm, 길이 16.5mm를 갖는 2개의 슬릿으로 구성되어 이루어지고; 상기 스터브는 길이 37mm를 갖도록 이루어지며; 상기 패치소자에 구성된 스터브와 다수개의 슬릿에 의해 800MHz ~2.6GHz 대역의 서비스가 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
  9. 다중 대역 모노폴 안테나에 있어서,
    유전체 기판과, 상기 유전체 기판에 형성되고, 하나의 스터브와 다수개의 슬릿으로 구성된 패치소자와, 상기 패치소자가 유전체 기판에 형성된 면과 다른 유전체 기판의 면에 형성된 접지면으로 구성된 다중 대역 모노폴 안테나는 폭 W1=56mm, 길이 L1=65mm의 크기를 갖도록 이루어지되,
    상기 유전체 기판은 비유전율εr=4.4, 높이 h= 1.6mm로 이루어지고; 상기 접지면은 폭 13.75mm, 길이 56mm의 크기를 가지며, 상기 패치소자와 중첩되지 않도록 이루어지며; 상기 다수개의 슬릿은 각각의 폭 1.0mm, 길이 8.5mm를 갖는 비대칭 구조를 갖는 6개의 슬릿과, 각각의 폭 1.0mm, 길이 16.5mm를 갖는 2개의 슬릿으로 구성되어 이루어지고; 상기 스터브는 길이 37mm를 갖도록 이루어지며; 상기 패치소자에 구성된 스터브와 다수개의 슬릿에 의해 800MHz ~2.6GHz 대역의 서비스가 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 대역 모노폴 안테나.
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