KR100826879B1

KR100826879B1 - 기생 소자에 의한 주파수 노치 기능을 갖는 초광대역안테나

Info

Publication number: KR100826879B1
Application number: KR1020060096406A
Authority: KR
Inventors: 김기학; 박성욱
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-05-06
Also published as: KR20080029594A

Abstract

본 발명은 기생 소자를 이용하여 원하지 않는 주파수 대역을 노치할 수 있는 기생 소자에 의한 주파수 노치 기능을 갖는 초광대역(UWB) 안테나에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 초광대역 안테나는, 기판; 상기 기판의 상면에 형성되어 전파를 방사하기 위한 방사부; 상기 기판 상면에서 상기 방사부에 연결되도록 형성되어 전기 신호를 공급하는 급전부; 상기 기판 하면에 형성되는 접지부; 및 상기 기판 하면의 상기 방사부와 대향하는 위치에 형성되는 기생 소자를 포함하여 이루어진다.

초광대역(UWB), 안테나, 주파수 노치, 기생 소자, 슬롯, 슬릿

Description

기생 소자에 의한 주파수 노치 기능을 갖는 초광대역 안테나{UWB antenna having frequency notch by parasitic strip}

도 1은 본 발명에 의한 초광대역 안테나의 바람직한 실시 예를 나타낸 전체 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 초광대역 안테나의 측단면도,

도 3은 도 1에 도시된 초광대역 안테나의 상면도,

도 4는 도 1에 도시된 초광대역 안테나의 하면도,

도 5는 도 1에 도시된 초광대역 안테나에서의 주파수별 전류 분배 시뮬레이션도,

도 6은 본 발명에 의한 초광대역 안테나에 있어서, 타원형 슬롯의 크기를 변화시킨 다양한 예시도,

도 7은 도 6에 나타낸 초광대역 안테나 각각의 전압 정재파비를 비교한 그래프,

도 8은 도 1의 초광대역 안테나에서의 계단형 슬릿의 유무에 따른 전압 정재파비를 비교한 그래프,

도 9는 도 1의 초광대역 안테나에 있어서, 접지패턴의 형상을 변화시킨 경우의 예시도,

도 10은 도 9에 보인 각 초광대역 안테나별 전압 정재파비를 비교한 그래프,

도 11은 도 1의 초광대역 안테나에 있어서, 접지패턴과 기생 소자 간의 간격 변화에 따른 전압 정재파비를 비교한 그래프,

도 12는 도 1의 초광대역 안테나에 있어서, 기생 소자가 유무에 따른 전압 정재파비를 비교한 그래프,

도 13은 도 1의 초광대역 안테나에 있어서, 기생 소자의 길이 변화에 따른 전압 정재파비를 비교한 그래프,

도 14는 도 1의 초광대역 안테나에 있어서, 기생 소자의 폭 변화에 따른 전압 정재파비를 비교한 그래프,

도 15는 종래 방식에 따른 초광대역 안테나와 본 발명에 의한 초광대역 안테나를 비교한 구조도,

도 16은 도 15에 보인 각 초광대역 안테나의 전압 정재파비를 비교한 그래프,

도 17은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초광대역 안테나에 있어서의 E-평면 복사 패턴을 나타낸 패턴도,

도 18은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초광대역 안테나에 있어서의 H-평면 복사 패턴을 나타낸 패턴도, 그리고

도 19는 본 발명에 의한 초광대역 안테나에 있어서, 기생 소자의 유무에 따른 주파수별 이득 변화를 비교한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 기판 20: 급전부

30: 방사부 40: 기생소자

50: 접지부

본 발명은 UWB(Ultra-Wide Band) 통신용 초광대역 안테나에 관한 것으로서, 더 상세하게는 주파수 노치(notch) 기능을 갖는 UWB 초광대역 안테나에 관한 것이다.

UWB 시스템은 기존 무선국 운용에 간섭을 주지 않을 정도의 극히 낮은 출력과 500㎒이상의 초광대역 주파수를 이용해 10m 이내 근거리에서 수백 Mbps의 초고속 정보전송이 가능한 무선 시스템으로, 향후 디지털 홈네트워크의 핵심기술로 주목받고 있다. 특히, UWB 시스템은 극히 짧은 펄스를 이용하여 신호를 광범위한 대역으로 확산시켜 데이터 전송이 빠르기 때문에, 대용량 정보를 고속으로 전송할 수 있다.

그런데 상기 UWB 시스템에 할당된 주파수 대역은 3.1 ~ 10.6 GHz 로서, 무선랜(Wireless Local Area Network, WLAN이라 약칭함)의 운용 대역인 5.2GHz(5150~~5350 MHz)와 5.8GHz(5725~5825 MHz) 주파수 대역이 중첩되어 있기 때문에, 기존 WLAN 시스템과의 통신에 영향을 미치거나 방해하지 않도록 설계되어야 한다.

이와 관련하여, 기존 통신시스템들과의 전자파 상호 작용 제한하기 위하여 특정 대역에 대한 주파수 노치(notch) 기능을 갖는 UWB 안테나가 제안되고 있다.

현재까지 알려진 UWB 안테나로는 대수 주기(log-periodic) 안테나, 비발디(vivaldi) 안테나, 디스콘(discone) 안테나, 더블 리지드(double-ridged) 혼 안테나, 보우타이(bow-tie) 안테나 등이 있다. 하지만, 이러한 종류의 안테나는 광대역 특성은 가지고 있으나 안테나 구조가 크고 복잡하며, 저 가격의 대량 생산이 어렵고, 특히 주파수 노치 기능이 없다는 문제점이 있다.

또한, 최근에 주파수 노치 기능을 갖는 UWB 안테나로서, 방사 소자에 알파벳 U 또는 V 모양의 슬롯을 형성하여 원하지 않는 주파수 대역을 노치할 수 있도록 하는 방법 및 구조가 제안되었다. 그러나, 이러한 기존의 주파수 노치 기능을 가진 UWB 안테나는 노치되는 주파수 또는 대역폭을 변경할 경우 안테나를 새로 제작해야 하는 번거로움이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 제1 목적은, 기생 소자를 이용하여 원하지 않는 주파수 대역을 노치할 수 있는 기생 소자에 의한 주파수 노치 기능을 갖는 초광대역 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 안테나의 제작이 완료된 상태에서도 주파수 노치 대역 을 자유롭게 조절할 수 있는 기생 소자에 의한 주파수 노치 기능을 갖는 초광대역 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 평면형 안테나에 기생소자를 이용하여 주파수 노치를 구현함으로서 소형화가 및 대량 생산이 가능한 기생 소자에 의한 주파수 노치 기능을 갖는 초광대역 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적들을 구현하기 위한 구성 수단으로서, 기판; 상기 기판의 상면에 형성되어 전파를 방사하기 위한 방사부; 상기 기판 상면에서 상기 방사부에 연결되도록 형성되어 전기 신호를 공급하는 급전부; 상기 기판 하면에 형성되는 접지부; 및, 상기 기판 하면의 상기 방사부와 대향하는 위치에 형성되며, 차단하고자 하는 주파수 노치 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/4의 길이를 갖는 기생 소자를 포함하는 초 광대역 안테나를 제공한다. 이에 의하면, 본 발명의 초광대역 안테나는 상기 기생 소자에 의하여 방사부에서 흐르는 전류중 기생 소자의 공진 주파수에 대응하는 전기 신호가 기생 소자를 통해 바이패스됨으로써, 특정 주파수의 신호를 차단할 수 있다.

삭제

또한, 본 발명에 의한 초 광대역 안테나에 있어서, 상기 기생 소자는 길이 L2와 폭 W2를 갖는 띠 모양의 도전성 패턴이거나, 길이 L2와 폭 W2를 갖는 금속 테 이프인 것을 특징으로 한다. 상기와 같이 도전성 패턴 혹은 금속 테이프로 기생 소자를 구성함으로써 평면형 소형 안테나를 구현할 수 있으며, 더하여, 제조 단계 및 제조가 완료된 후에는 주파수 노치 대역 및 대역폭을 쉽고 간단하게 조정할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 초 광대역 안테나에 있어서, 상기 기생 소자는 그 길이 L2를 조절하여 주파수 노치 대역을 조절하고, 폭 W2를 조절하여 주파수 노치 대역폭을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 초 광대역 안테나에 있어서, 상기 기판은 FR-4 에폭시로 이루어진 유전체 기판인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 초 광대역 안테나에 있어서, 상기 방사부는 반 타원형상의 도전성 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 상기 기생 소자와 대향하는 위치에 타원형상의 슬롯이 형성되고, 그 가장자리에 하나 이상의 계단 형상의 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 상기 초광대역 안테나에서 더 좋은 전압 정재파비 특성을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 초 광대역 안테나에 있어서, 상기 계단 형상의 슬릿 들은 연속적이고 단계적으로 그 크기가 조정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 초 광대역 안테나에 있어서, 상기 접지부는 그 가장자리가 곡선으로 형성되고, 상기 곡선부에 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 한다.

더하여, 본 발명에 의한 초 광대역 안테나에 있어서, 상기 접지부와 기생 소자의 간격에 따라서 임피던스 대역폭을 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본 발명에 의한 초 광대역 안테나에 있어서, 상기 급전부와 방사부의 길이 비율은 1:3.6 인 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 UWB 안테나의 바람직한 실시 예를 보인 것으로서, 도 1은 본 발명에 따른 UWB 안테나의 사시도이고, 도 2는 그 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 UWB 안테나는, 유전체 기판(10)과, 급전부(20)와, 방사부(30)와, 기생 소자(40)와, 접지부(50)로 이루어지는 것으로서, 유전체 기판(10)의 상면에, 전류 신호가 인가되는 급전부(20)와 상기 급전부(20)에 연결된 도전성 패턴으로 이루어져 초광대역의 주파수 신호를 방사하는 방사부(30)가 형성되고, 상기 유전체 기판(10)의 하면에, 띠 모양의 도전성 패턴으로 형성된 기생소자(40)와, 접지부(50)가 형성된다.

상기 구성에 있어서, 상기 유전체 기판(10)은 상대 유전율 4.6의 FR-4 에폭 시로 이루어진 기판으로서, 바람직한 실시 예에서는 크기가 20mmㅧ20mm 이고, 두께가 1mm인 정사각형으로 이루어진다.

상기 방사부(30)는 바람직하게는 반-타원형으로 이루어진 도전성 패턴으로서, 저 주파수 대역에서 유효 전기적 길이를 증가시키는데 적합하다. 특히, 상기 방사부(30)는 반 타원형 패턴의 중심부에 타원형 슬롯(slot)(31)이 형성되고, 더하여, 계단형상의 슬릿(slit)(32)이 형성되고, 좌우 대칭되는 구조로 이루어진다. 또한, 상기 급전부(20)와 방사부(30)의 길이는 1:3.6의 비율로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 기생 소자(40)는 저지하고자 하는 주파수의 1/4 길이로 이루어진 띠상의 도전성 패턴으로서, 상기 급전부(20) 및 방사부(30)와 대향하는 위치에 형성된다. 특히, 상기 방사부(30)에 형성된 타원형상의 슬롯(31)의 세로축과 대향하도록 형성된다.

상기 접지부(50)은 바람직하게는 외곽선이 곡선으로 이루어지며, 상기 기생 소자(40)와 접하는 부분에 사각형상의 슬릿이 형성된다.

상기와 같이 구성된 UWB 안테나의 동작 원리는 다음과 같다.

도 1에 도시된 UWB 안테나에 있어서, 급전부(20)를 통해 입력된 전류 신호는 방사부(30)로 전달되는데, 이렇게 급전된 전류 신호중에서 상기 방사부(30)의 전기적 길이에 따를 공진 주파수를 갖는 전류 신호만 방사부(30)를 통해서 공기 중으로 방사된다. 이때 대부분의 전류는 반-타원형상으로 이루어진 방사부(10)의 가장 자 리에서 흐르기 때문에, 가장 자리를 따라서 최대의 방사가 일어난다.

이때, 상기 접지부(50)에 굴곡과 슬릿을 추가함으로써 광대역 특성을 얻을 수 있다. 그리고 방사부(30)의 가장 자리에 계단 형상의 슬릿(32)을 형성시킴으로써 고주파에서 좀 더 안정된 공진 주파수를 얻을 수 있다. 또한, 상기 방사부(30)의 중앙에 형성된 타원형상의 슬롯(31)은 유전체 기판(10)의 하면에 형성된 기생소자(40)와의 커플링에 의한 주파수 노치 기능을 실현하기 위한 것이다.

상기에 있어서, 기생소자(40)는 초광대역 안테나에 있어서 주파수 노치 기능을 구현하기 위한 필수 구성요소로서, 기생 소자(40)의 가장자리에 흐르는 전류와 유전체 기판(10)의 앞면에 위치한 방사부(30)에 흐르는 전류방향은 서로 정반대로 되어, 상기 기생 소자(40)에 흐르는 전류의 주파수대역의 신호가 제거된다. 이때 기생 소자(40)에는 그 신호 파장의 1/4이 기생소자(40)의 길이와 일치되는 신호만이 흐른다. 따라서, 상기 기생 소자(40)는 UWB 주파수 대역내에서, WLAN 운용 대역과 중첩되는 대역의 중심 주파수 5.2 GHz, 5.8GHz의 λ/4 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

도 5는 상기 도 1에 보인 본 발명에 의한 초광대역 UWB의 주파수별 전류 분배 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로서, 이때 상기 방사부(10)의 방사 대역은 대략 3GHz ~ 10 GHz이고, 기생 소자(40)의 길이는 5.5 GHz 의 주파수 신호의 λ/4 길이로 설계한 경우이다.

도 5를 참조하면, (a),(b),(c),(d)는 각각 3GHz, 5.5 GHz, 7GHz, 10GHz의 전기 신호를 인가한 경우에 방사부(30)와 기생소자(40)에서 나타나는 전류 분포도이 다. (a),(c),(d)에 도시된 바와 같이, 3GHz, 7GHz, 10GHz의 전기 신호가 인가된 경우, 해당 전기 신호는 방사부(30)의 가장 자리를 따라 중점적으로 흐르는 것을 알 수 있으며, (b)에 도시된 바와 같이, 기생 소자(40)의 길이에 대응하는 주파수 5.5 GHz의 신호가 인가된 경우, 타원형의 슬롯(31)의 가장 자리와, 기생 소자(40)에서 전류가 집중되는 것을 알 수 있다. 이 경우, 상기 5.5 GHz의 전기 신호는 방사부(30)에서 방사되지 않고 기생 소자(40)를 통해 그라운드로 바이패스된다.

이하, 시뮬레이션 결과를 참조하여 본 발명에 의한 UWB 안테나의 동작 원리 및 구성에 대하여 더 구체적으로 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 UWB 안테나에 있어서, 급전부(20), 방사부(30), 기생소자(40) 및 접지부(50)를 더 상세히 나타낸다. 도 3에서 R1은 타원형 슬롯(31)의 세로축 길이, R2는 가로축 길이를 나타내며, L1, W1은 각각 급전부(20)의 길이와 폭을 나타낸다. 그리고, 도 4에서, L2와 W2는 각각 기생 소자(40)의 길이와 폭을 나타내고, L3와 W3은 접지부(50)에 형성된 슬릿(51)의 높이와 너비를 각각 나타내며, L4는 접지부에서 굴곡이 시작하는 부분까지의 높이이고, L5는 굴곡이 형성되는 부분의 높이를 나타낸다.

이어서, 상기 도 3 및 도 4에 나타낸 각 파라메터를 변화시키면서 그 변화에 따른 전압 정재파비를 비교하여, 본 발명에 의한 UWB 안테나의 동작 원리를 설명한다.

도 6은 본 발명에 의한 UWB 안테나에 있어서, 방사부(30)의 타원형 슬롯(31) 의 세로축 길이 R1과, 가로축 길이 R2를 달리한 UWB 안테나 구조를 나타낸 것으로서, 상기 타원형 슬롯(31)을 제외한 나머지 구조는 상호 동일하다.

도 6에 있어서, (a)는 R1=0, R2=0, (b)는 R1=6.5mm, R2=3mm, (c)는 R1=13mm, R2=6mm인 경우의 UWB 안테나 구조를 각각 나타낸다.

이어서, 도 7은 상기 도 6의 (a) 내지 (c)에 보인 각 UWB 안테나의 시뮬레이션된 전압 정재파비를 비교한다. 도 7의 그래프에 있어서, 점선은 도 6의 (a)에 나타낸 UWB 안테나의 주파수 대비 전압 정재파비를 나타내며, 가는 실선은 도 6의 (b)에 보인 UWB 안테나의 주파수 대비 전압 정재파비를 나타내며, 굵은 실선은 도 6의 (c)에 보인 UWB 안테나의 주파수 대비 전압 정재파비를 나타낸다.

상기 도 7의 세 그래프를 비교하면, 상기 타원형 슬롯(31)을 형성하지 않더라도 특정 주파수에 대한 노치 기능을 구현할 수 있으나, 도 6의 (c)에 보인 안테나 구조에서, 더 넓은 광대역 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 더하여, 주파수 노치 대역이 WLAN 운용 대역을 모두 포함할 수 있음을 알 수 있다.

도 8은 도 1에 보인 UWB 안테나에 있어서, 계단형 슬릿(32)의 형성 유무에 따른 주파수 대비 전압 정재파비를 측정한 결과를 보인 것이다. 도 8에 있어서, 실선 그래프는 계단형 슬릿(32)이 방사부(30)에 형성된 경우의 전압 정재파비를, 점선 그래프는 계단형 슬릿(32)이 방사부(30)에 형성되지 않은 경우의 전압 정재파비를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 방사부(30)에 계단형 슬릿들(32)을 형성함으로써, 10 GHz 주파수 부근에서 좋은 VSWR 을 얻을 수 있으며, 그 결과 노치 대역을 제외한 대부 분의 UWB 주파수 대역에서 1.5 이하의 균일한 전압 정재파비를 얻을 수 있다.

더하여, 상기 계단형 슬릿들(32)의 크기를 연속적으로 또한 단계적으로 조정함으로써, 방사부(30)와 접지부(50) 사이의 커플링에 영향을 주어, 상기 UWB 안테나에 있어서, 임피던스 매칭을 미세 조정할 수 있다.

도 9는 본 발명에 의한 UWB 안테나에 있어서, 접지부의 형상을 변형시킨 안테나 구조를 나타낸 것으로서, (a)는 접지부를 직사각형으로 형성한 경우를 나타내고, (b)는 도 1의 바람직한 실시 예에서와 같이 굴곡을 갖도록 형성한 경우를 나타낸다. 상기 (a) 및 (b)에 보인 두 UWB 안테나는, 상기 접지부의 형상 이외에 다른 부분은 동일하다.

도 10은 상기 도 9에 보인 두 안테나 구조에서의 주파수별 전압 정재파비를 측정하여 비교한 것으로서, 점선은 도 9의 (a)에 나타난 UWB 안테나의 전압 정재파비 그래프를 나타내고, 실선은 도 9의 (b)에 보인 UWB 안테나의 전압 정재파비 그래프를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 접지부(30)에 굴곡 및 슬릿을 형성함으로써, UWB 안테나의 전압 정재파비를 더 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 특히, 7~10 GHz의 영역에서 더 좋은 전압 정재파비가 얻어진다.

도 11은 본 발명에 의한 UWB 안테나에 있어서, 기생소자(40)와 접지부(50)의 간격 d에 따른 전압 정재파비의 특성 변화를 나타낸 것으로서, 실선은 기생 소 자(40)와 접지부(50)의 간격이 0.4 mm인 경우의 전압 정재파비를, 점선은 기생 소자(40)와 접지부(50)의 간격이 1.2 mm인 경우의 전압 정재파비를, 파선은 기생소자(40)와 접지부(50)의 간격이 2.0 mm인 경우의 전압 정재파비를 나타낸다. 여기서, 상기 기생 소자(40)와 접지부(50)의 간격 이외에 다른 파라메터는 모두 동일하다.

도 11의 그래프를 비교하면, 기생 소자(40)와 접지부(50)의 간격이 작을수록 좋은 전압 정재파비가 나타남을 알 수 있다.

본 발명의 UWB 안테나에 있어서, 주파수 노치 기능은 기생 소자(40)에 의해서 구현된다. 즉, 상기 기생 소자(40)는 평판형 UWB 안테나에 있어서, 주파수 노치를 구현하기 위한 필수 구성 요소로서, 그 길이에 대응하는 주파수 신호의 전기 신호에 공진하여 해당 전기 신호를 방사를 저지한다.

도 12는 상기 기생 소자(40)의 작용을 설명하기 위한 것으로서, 도 1의 UWB 안테나 구조에서 기생 소자(40)가 존재하는 경우와, 기생 소자(40)를 제거한 경우의 전압 정재파비 측정 결과를 비교한 그래프이다. 이때, 기생 소자의 존재 유무 이외에 다른 조건은 모두 동일하다. 도 12에 있어서, 실선 그래프는 기생 소자가 존재하는 경우의 전압 정재파비 그래프이고, 점선 그래프는 기생 소자를 제거한 경우의 전압 정재파비 그래프이다.

도 12를 참조하면, 기생 소자(40)가 존재하는 경우, 3 ~ 10 GHz의 UWB 할당 대역 전체에서, 주파수 노치는 발생하지 않으며, 특히, WLAN 통신 시스템의 운용 대역인 5 GHz 부근에서는 주파수 노치가 발생하지 않는다. 이에 반해, 기생 소자(40)가 존재하는 경우, 3 ~ 10 GHz의 UWB 할당 대역 중에서, 특정 대역, 즉, WLAN 운용 대역인 5 GHz 부근에서 주파수 노치가 발생한다.

따라서, 본 발명에 의한 UWB 안테나에 있어서, 기생소자(40)가 주파수 노치기능을 제공해 준다는 것을 알 수 있다.

더하여, 본 발명에 의한 UWB 안테나는, 기생 소자(40)의 길이와 폭을 조정함으로써, 주파수 노치 대역 및 그 대역폭을 간단하게 조정할 수 있다. 도 13 및 도 14는 참조하여 이에 대하여 설명한다.

도 13은 다른 구조는 동일하게 한 상태에서, 기생 소자(40)의 길이만을 변화시키면서 측정한 전압 정재파비를 나타낸 그래프이다. 도 13에 있어서, 점선은 기생 소자(40)의 길이 L2가 12.5 mm인 경우의 전압 정재파비 그래프이고, 실선은 기생 소자(40)의 길이 L2가 14 mm인 경우의 전압 정재파비 그래프이고, 파선은 L2가 15.5 mm인 경우의 전압 정재파비 그래프이다.

도 13을 참조하면, 상기 기생 소자(40)의 길이에 따라서 주파수 노치 대역이 가변되는 것을 알 수 있다. 따라서, 기생 소자(40)의 길이와 주파수 노치 대역과의 관계에 의하여, 원하는 주파수 노치 대역에 맞추어 기생 소자(40)의 길이를 설계함으로써, 간단하게 원하는 주파수 노치 기능을 갖는 UWB 안테나를 구현할 수 있다.

도 14은 다른 구조는 동일하게 한 상태에서, 기생 소자(40)의 폭만을 변화시키면서 측정한 전압 정재파비를 나타낸 그래프이다. 도 14에 있어서, 실선은 기생 소자(40)의 폭 W2가 1 mm인 경우의 전압 정재파비 그래프이고, 점선은 기생 소자(40)의 폭 W2가 2 mm인 경우의 전압 정재파비 그래프이고, 파선은 기생소자(40)의 폭 W2가 3 mm인 경우의 전압 정재파비 그래프이다.

도 14를 참조하면, 상기 기생 소자(40)의 폭에 따라서 주파수 노치 대역폭이 가변되는 것을 알 수 있다. 즉, 폭 W2 에 비례하여 주파수 노치 대역의 대역폭이 크게 나타났다. 따라서, 상술한 기생 소자(40)의 폭과 주파수 노치 대역폭과의 관계에 의하여, UWB 원하는 주파수 노치 대역폭을 갖는 기생 소자(40)의 길이를 설계함으로써, 간단하게 원하는 주파수 노치 기능을 갖는 UWB 안테나를 구현할 수 있다.

본 발명에 의한 UWB 안테나는, 상기 도 13 및 도 14에서 보는 바와 같이, 기생소자(40)의 길이와 너비에 따라서 노치되는 주파수의 대역과 대역폭을 자유롭게 조절할 수 있다.

더하여, 상기 기생 소자(40)를 도전성 패턴이 아니라, 금속 테이프 형태로 구현할 경우, 유전체 기판(10)의 하면에 부착하도록 함으로써, 제조 단계에서가 아니라 제조완료된 UWB 안테나에 대해서도, 금속 테이프의 길이와 폭을 조절함으로써 주파수 노치 대역을 간단하게 조정할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 UWB 안테나는 기존의 UWB 안테나와 대비하여 더 우수한 주파수 노치 특성을 나타낸다.

도 15 내지 도 16은 본 발명과 같이 기생 소자를 이용하여 주파수 노치 특성 과 기존의 슬릿을 이용하여 주파수 노치 특성을 비교한 도면이다.

먼저 도 15는 본 발명의 기생 소자를 이용하여 주파수 노치를 구현한 UWB 안테나와 기존의 슬릿을 이용한 주파수 노치 기능을 갖는 UWB 안테나의 구조를 비교 도시한 것으로서, (a)는 기생소자를 구비하지 않고 방사부(60)의 중앙에 띠상의 슬롯(61)을 형성하고, 상기 슬롯(61)을 통해서 주파수 노치를 구현한 종래의 UWB 안테나이고, (b)는 기생소자 없이, 방사부(70)의 중앙에 U 혹은 V 자형의 슬롯(71)을 형성하여 주파수 노치를 구현한 종래의 UWB 안테나이고, (c)는 본 발명에 따른 기생소자(40)를 이용하여 주파수 노치를 구현한 UWB 안테나이다. 상기 도 15의 (a), (b), (c)에 도시된 안테나는 주파수 노치 특성 차이를 정확하게 비교하기 위하여, 그외 UWB 안테나 특성에 영향을 미치는 구조, 예를 들어, 방사부의 형상, 방사부의 계단형 슬롯, 접지부 형상, 및 각 부분의 크기는 동일하게 하였다. 특히, 상기 도 15의 (a)에 도시된 슬롯(61)은 본 발명에 의한 기생소자(40)와 대향하는 위치 및 동일한 사이즈를 갖는다.

도 16은 도 15에 도시된 각 UWB 안테나에 대해서 계산된 전압정재파비를 나타낸다. 도 16에 있어서, 파선은 도 15 (a)의 UWB 안테나에 대한 전압 정재파비를 나타내고, 점선은 도 15 (b)의 UWB 안테나에 대한 전압 정재파비를 나타내고, 실선은 도 15 (c)의 UWB 안테나에 대한 전압 정재파비를 나타낸다.

상기 도 16의 그래프를 비교하면, 도 15의 (c)에 보인 기생 소자를 통해 주파수 노치를 구현한 경우(실선 그래프)가, 원하지 않는 주파수 대역에 대해서는 높은 전압 정재파비를 나타내고, 원하는 주파수 대역에 대해서는 낮은 주파수 대역을 나타내는 반면, 도 15의 (a)와 같은 구조의 경우(파선 그래프), 원하지 않는 주파수 대역에서의 전압 정재파비도 대략 2 이내로 낮게 나타나 충분한 주파수 노치가 이루어지지 않았다. 또한, 본 발명에 의한 UWB 안테나의 경우(실선 그래프), 주파수 노치 대역과 그외 대역 간의 경계가 샤프하게 나타나는 반면, 도 15의 (b)와 같은 구조의 경우(점선 그래프), 주파수 노치 대역과 그외 대역 간의 경계가 완만하게 나타나, 일부 원하는 대역의 주파수 호에 대한 전압정재파비를 높아지고, 원하지 않는 주파수 대역내의 전압정재파비가 충분히 높게 나타나지 못하였다.

따라서, 이로부터 본 발명에 의한 UWB 안테나가 기존의 UWB 안테나에 비하여 원하지 않는 주파수 대역에 대한 주파수 노치 특성이 우수함을 알 수 있다.

도 17과 도 18은 본 발명에 의한 UWB 안테나의 E-평면 복사패턴과 H-평면 복사패턴의 분석 결과를 3GHz, 7GHz, 10GHz 각각에서 나타낸 것이다.

상기 도 17 및 도 18의 복사 패턴을 살펴보면, 본 발명에 따른 안테나의 복사패턴은 일반적인 모노폴 안테나의 복사 패턴과 거의 동일하게 나타나는 것을 관찰할 수 있으며, 도 18에 나타나 바와 같이, 전방향성 복사 패턴(Omni-directional pattern)을 가진다는 것을 알 수 있다.

도 19는 본 발명에 따른 UWB 안테나의 주파수별 이득 특성을 측정한 결과를 보인 것으로서, 3~10 GHz 대역의 초광대역에서 일정하고 안정된 신호 이득이 나타나면서, 5 GHz 부근에서 0 dB 이하의 낮은 이득을 나타낸다.

이상에서 설명한 바에 의하면, 본 발명에 따른 UWB 안테나는, 기생소자를 이용하여 원하지 않는 주파수 대역을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 초 광대역의 주파수 대역폭과 전방향성 복사 패턴을 가지며, 또한, 단순한 구조의 평면형 소형 안테나로서 일반 회로 기판처럼 에칭 제작이 가능하기 때문에 염가로 대량 생산을 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 초 광대역 소형 안테나는 안테나에 기생 소자를 부착 또는 형성시킴으로써 특정 주파수 대역에 대한 주파수 노치 기능을 구현하며, 기존에 비하여 우수한 주파수 노치 특성을 구현할 수 있고, 제작이 완료된 단계에서도 노치하고자 하는 주파수 대역 및 대역폭을 간단하고 쉽게 조절할 수 있고, 또한, 소형으로 대량 생산이 가능하다는 우수한 효과가 있다.

Claims

삭제
기판;

상기 기판의 상면에 형성되어, 초 광대역의 전파를 방사하기 위한 방사부;

상기 기판 상면에서 상기 방사부에 연결되도록 형성되어 전기 신호를 공급하는 급전부;

상기 기판 하면에 형성되는 접지부; 및

상기 기판 하면의 상기 방사부와 대향하는 위치에 형성되며, 차단하고자 하는 주파수 노치 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/4의 길이를 갖는 기생 소자를 포함하는 초 광대역 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 기생 소자는 길이 L2와 폭 W2를 갖는 띠 모양의 도전성 패턴인 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 기생 소자는 길이 L2와 폭 W2를 갖는 금속 테이프인 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 기생 소자는 상기 길이 L2를 조절하여 상기 주파수 노치 대역의 중심 주파수를 조정하고, 상기 폭 W2를 조절하여 상기 주파수 노치 대역의 대역폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 기판은 FR-4 에폭시로 이루어진 유전체 기판인 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 방사부는 반 타원형상의 도전성 패턴인 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 7 항에 있어서,

상기 방사부는 상기 기생 소자와 대향하는 위치에 타원형상의 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 7 항에 있어서,

상기 방사부는 그 가장자리에 하나 이상의 계단 형상의 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 9 항에 있어서,

상기 계단 형상의 슬릿 들은 연속적이고 단계적으로 그 크기가 조정되는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 접지부는 그 가장자리가 곡선으로 형성되고, 상기 곡선부에 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 접지부와 기생 소자의 간격에 따라서 임피던스 대역폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 급전부와 방사부의 길이 비율은 1:3.6 인 것을 특징으로 하는 초 광대역 안테나.