KR100835994B1 - The circular polarization folded microstrip antenna in which a miniaturization is possible of three dimensional structure - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각패치 안테나의 구조를 나타내는 평면도, 1A is a plan view showing the structure of a triangular patch antenna according to a first embodiment of the present invention;
도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각패치 안테나의 반사손실을 나타내는 그래프, 1B is a graph showing the return loss of the triangular patch antenna according to the first embodiment of the present invention;
도 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각패치 안테나의 방사패턴을 나타내는 도면,Figure 1c is a view showing a radiation pattern of the triangular patch antenna according to the first embodiment of the present invention,
도 1d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각패치 안테나의 축비를 나타내는 도면,1D is a view showing an axial ratio of a triangular patch antenna according to a first embodiment of the present invention;
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도 3a는 본 발명의 제1 비교예에 따른 평면형 선형편파 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 평면도,3A is a plan view showing the structure of a planar linearly polarized microstrip antenna according to a first comparative example of the present invention;
도 3b는 본 발명의 제1 비교예에 따른 평면형 선형편파 마이크로스트립 안테나의 반사손실을 나타내는 그래프,3b is a graph showing the return loss of the planar linearly polarized microstrip antenna according to the first comparative example of the present invention;
도 3c는 본 발명의 제1 비교예에 따른 양끝에 플레이트를 부착한 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 평면도,3c is a plan view of a linearly polarized folded microstrip antenna with plates attached to both ends according to a first comparative example of the present invention;
도 3d는 본 발명의 제1 비교예에 따른 양끝에 부착한 플레이트의 높이에 따른 주파수 변화를 나타내는 그래프,Figure 3d is a graph showing the frequency change according to the height of the plate attached to both ends according to the first comparative example of the present invention,
도 3e는 본 발명의 제1 비교예에 따른 플레이트 부착에 따른 전류경로 변화를 나타내는 예시도,3E is an exemplary view showing a current path change according to plate attachment according to a first comparative example of the present invention;
도 3f는 본 발명의 제1 비교예에 따른 최적화된 플레이트를 부착한 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 평면도,3F is a plan view showing the structure of a linearly polarized folded microstrip antenna with an optimized plate according to a first comparative example of the present invention;
도 3g는 본 발명의 제1 비교예에 따른 최적화된 플레이트를 부착한 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 방사손실을 나타내는 도면,3g is a diagram showing radiation loss of a linearly polarized folded microstrip antenna with an optimized plate according to a first comparative example of the present invention;
도 4a는 본 발명의 제2 비교예에 따른 하측면으로 수직하게 절곡된 플레이트를 패치 중심방향으로 수평하게 절곡시킨 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 평면도,4A is a plan view illustrating a structure of a linearly polarized folded microstrip antenna in which a plate bent vertically to a lower side according to a second comparative example of the present invention is bent horizontally in a patch center direction;
도 4b는 본 발명의 제2 비교예에 따른 폴디드 마이크로스트립 안테나의 밑면 길이에 따른 주파수 변화를 나타내는 도면,4b is a view showing a frequency change according to the bottom length of a folded microstrip antenna according to a second comparative example of the present invention;
도 4c는 본 발명의 제2 비교예에 따른 중심주파수가 1.575GHz의 최적화된 최종적인 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 평면도,4C is a plan view showing the structure of an optimized linearly polarized folded microstrip antenna having a center frequency of 1.575 GHz according to a second comparative example of the present invention;
도 4d는 본 발명의 제2 비교예에 따른 최종적인 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 반사손실을 나타내는 그래프,4d is a graph showing the return loss of the final linearly polarized folded microstrip antenna according to the second comparative example of the present invention;
도 4e는 본 발명의 제2 비교예에 따른 최종적인 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 방사패턴을 나타내는 도면.4E illustrates a radiation pattern of a final linearly polarized folded microstrip antenna according to a second comparative example of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100 : 삼각패치 안테나 110 : 삼각패치100: triangular patch antenna 110: triangular patch
111 : 평판부 111a, 111b, 111c, 111d : 우각111:
113a, 113b, 113c, 113d : 접이부 120 : 접지판113a, 113b, 113c, 113d: Folding portion 120: Ground plate
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본 발명은 마이크로스트립 안테나의 바닥 구조에 관한 것으로서, 특히 폴디 트 마이크로스트립 안테나의 패치 밑면을 삼각형상 또는 사각형상의 구조를 변경하여 원형편파를 형성함으로써, 폴디드 마이크로스트립 안테나를 소형화할 수 있도록 한 소형화가 가능한 3차원 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a bottom structure of a microstrip antenna, and in particular, by forming a circular polarization by changing a triangular or quadrangular structure of the patch base of the folded microstrip antenna, the miniaturization of the folded microstrip antenna can be made smaller. The present invention relates to a circularly polarized folded microstrip antenna having a three-dimensional structure.
현재 GPS(Global Positioning System)용 안테나로 널리 사용되는 마이크로스트립 안테나는 저자세이며 표면의 형태에 관계없이 부착이 쉽다. 인쇄기술을 이용하는 경우 제작이 간편하고 저렴하여 공기의 저항이나 크기, 무게 등이 중요하게 적용하는 용도에 사용이 용이하다. 예를 들면 항공기, 위성 시스템, 미사일 또는 이동 통신 시스템 등에 주로 사용가능하다[Microstrip Antennas,1982].Microstrip antennas, currently widely used as antennas for global positioning systems (GPS), are low profile and easy to attach, regardless of surface shape. In the case of using printing technology, it is easy to manufacture and inexpensive, so it is easy to use for applications in which air resistance, size and weight are important. For example, it is mainly used in aircraft, satellite systems, missiles or mobile communication systems [Microstrip Antennas, 1982].
상술한 안테나를 소형화하는 다른 방법으로 단락 핀, 슬릿, 슬롯을 이용하거나[Microstrip Antenna Design Handbook, 2001], 3차원적으로 그 형태를 변화시키는 3차원적인 형태변형 방법으로써 음각 및 양각 구조, 플레이트를 이용한 구조 등이 연구 되었다["소형화를 위한 주름형 선형 편파 패치안테나", 2001./ "Corrugated circular microstrip patch antennas for miniaturization", 2002./ "Miniaturization of microstrip patch antenna using perturbation of radiating slot", 2003./"Iris 부착 3차원 선형편파 마이크로스트립 패치 안테나의 소형화에 관한 연구",2003.].As another method of miniaturizing the above-described antennas, short-circuit pins, slits, and slots are used [Microstrip Antenna Design Handbook, 2001], or three-dimensional shape deformation methods that change the shape in three dimensions. The structures used were studied ["Corrugated circular microstrip patch antennas for miniaturization", 2001./ "Miniaturization of microstrip patch antenna using perturbation of radiating slot", 2003. / "Study on Miniaturization of Iris Attached 3D Linearly Polarized Microstrip Patch Antenna", 2003.].
최근에는 유전체를 고유전율의 유전체로 사용하여 안테나를 소형화시키는 방법이 주로 사용되고 있다. 하지만, 대역폭과 방사효율 등 안테나 특성이 저하되기 때문에 마이크로스트립 안테나를 소형시키는 데에 어려움이 있었다.Recently, a method of miniaturizing an antenna using a dielectric as a dielectric having a high dielectric constant has been mainly used. However, there is a difficulty in miniaturizing the microstrip antenna because antenna characteristics such as bandwidth and radiation efficiency are deteriorated.
본 발명은, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 폴디트 마이크로스트립 안테나의 패치 밑면을 삼각형상 또는 사각형상의 구조를 변경하여 원형편파를 형성함으로써, 폴디드 마이크로스트립 안테나를 소형화할 수 있도록 한 소형화가 가능한 3차원 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나를 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.The present invention, which was devised to solve the above problems, by changing the structure of the patch base of the folded microstrip antenna in a triangular or square structure to form a circular polarization, so that the folded microstrip antenna can be miniaturized Its purpose is to provide a circularly polarized folded microstrip antenna with a three-dimensional structure that can be miniaturized.
그리고 본 발명은 안테나의 가시적인 폭과 길이를 같게 한 상태에서 밑면의 길이를 조절하여 보다 안정된 축비 특성을 얻도록 설계하였습니다.In addition, the present invention is designed to obtain a more stable axial ratio characteristics by adjusting the length of the base in the same state of the visible width and length of the antenna.
이와 같은 특징적인 기술적 사상을 구현하기 위해 본 발명은 금속재질의 삼각패치와, 통상의 접지 기능을 수행하는 접지판과, 소정의 유전율을 갖으며 상기 삼각패치와 상기 접지판 사이에 충전되어 이들을 지지하는 유전체로 구성되는 삼각밑면 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나에 있어서, 상기 삼각패치는, 사각형상의 각 단부에 있어서 우각(隅角)이 직각으로 절개되는 평판부; 상기 평판부의 각 단에서 상기 접지판 방향으로 수직하게 각각 연장된 제 1 아이리스, 제 2 아이리스, 제 3 아이리스 및 제 4 아이리스; 및 상기 제 1 아이리스, 제 2 아이리스, 제 3 아이리스 및 제 4 아이리스 각각의 연장선단이 상기 삼각패치 내측으로 상기 평판부와 평행하게 연장된 제 1 접이부, 제 2 접이부, 제 3 접이부 및 제 4 접이부; 로 구성된다.In order to realize the technical features as described above, the present invention provides a triangular patch of a metal material, a ground plate performing a normal grounding function, and a predetermined dielectric constant and is charged between the triangular patch and the ground plate to support them. A triangularly polarized folded microstrip antenna having a triangular bottom structure composed of a dielectric material, the triangular patch comprising: a flat plate having a right angle cut at right angles at each end of a quadrangle; First iris, second iris, third iris and fourth iris extending perpendicularly to the ground plate in each end of the flat plate; And a first fold portion, a second fold portion, a third fold portion in which extension ends of each of the first iris, the second iris, the third iris and the fourth iris extend in parallel to the plate portion inside the triangular patch; A fourth fold; It consists of.
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본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Before describing the present invention in detail, it should be noted that the detailed description of known functions and configurations related to the present invention is omitted if it is determined that the gist of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각밑면 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나(100; 이하 '삼각패치 안테나')의 구조 및 특징에 관해 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The structure and features of the triangular bottom polarized folded microstrip antenna 100 (hereinafter referred to as 'triangular patch antenna') according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1D.
도 1a은 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각밑면 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 도면이고, 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각밑면 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나를 이용하여 측정한 방사손실을 나타내는 그래프이고, 도 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각밑면 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나를 이용하여 측정한 방사패턴을 나타내는 도면이며, 도 1d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삼각밑면 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나를 이용한 축비 대역폭을 나타내는 도면이다.Figure 1a is a view showing the structure of a circular polarized folded microstrip antenna of the triangular bottom structure according to the first embodiment of the present invention, Figure 1b is a circular polarized folded of the triangular bottom structure according to the first embodiment of the present invention Figure 1c is a graph showing the radiation loss measured using a microstrip antenna, Figure 1c is a diagram showing a radiation pattern measured using a circularly polarized folded microstrip antenna of the triangular bottom structure according to the first embodiment of the present invention, 1D is a diagram illustrating an axial ratio bandwidth using a circularly polarized folded microstrip antenna having a triangular bottom structure according to a first embodiment of the present invention.
우선, 도 1a에 도시된 바와 같이 삼각패치 안테나(100)는 사각형상의 금속재질인 삼각패치(110)와, 통상의 접지(Ground, GND) 기능을 수행하는 접지판(120)과, 소정의 유전율을 갖으며 삼각패치(110)와 접지판(120) 사이에 충전(充塡)되어 이들을 지지하는 유전체(미도시)를 포함하며, 이때 상기 삼각패치(110)의 급전점(A)에 도전성 결합수단(B)이 연결된다. First, as shown in FIG. 1A, the triangular patch antenna 100 includes a
이때 상기 접지판(120)은 금속재질의 사각형상으로 설정하는 것이 바람직하지만, 형상이 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로도 설정가능하다.At this time, the
앞서 언급한 바와 같이, 상기 유전체(미도시)는 삼각패치(110)와 접지판(120) 사이에 충전되므로, 삼각패치(110)는 도 1a 에 도시된 바와 같은 형상으로 유지하게 된다.As mentioned above, the dielectric (not shown) is filled between the
여기에서 삼각패치(110)는 사각형상의 각 단부에 있어서 우각(隅角)(111a, 111b, 111c, 111d)이 직각으로 절개되는 평판부(111)와, 상기 평판부(111)의 각 단에서 상기 접지판(120) 방향으로 수직하게 각각 연장된 제 1 아이리스(112a), 제 2 아이리스(112b), 제 3 아이리스(112c) 및 제 4 아이리스(112d)와, 상기 제 1 아이리스(112a), 제 2 아이리스(112b), 제 3 아이리스(112c) 및 제 4 아이리스(112d) 각각의 연장선단이 삼각패치(110) 내측으로 상기 평판부(111)와 평행하게 연장된 제 1 접이부(113a), 제 2 접이부(113b), 제 3 접이부(113c) 및 제 4 접이부(113d)로 이루어진다.Here, the
여기에서 상기 제 1 접이부(113a), 제 2 접이부(113b), 제 3 접이부(113c) 및 제 4 접이부(113d)는 평판부(111)의 중심방향으로 각각의 삼각형(△)상을 유지한다. 상기 삼각형상으로 이루어진 제 1 접이부(113a), 제 2 접이부(113b), 제 3 접이부(113c) 및 제 4 접이부(113d)에 대한 정점(頂點)이 평판부(111)의 중심방향으로 수렴할 때, 제 1 접이부(113a), 제 2 접이부(113b), 제 3 접이부(113c) 및 제 4 접이부(113d) 각각의 양 빗변은, 인접한 접이부의 일측 빗변과 소정의 간격으로 이격된다.Here, the
제1 실시예에 있어서, 상기 접이부(113a, 113b, 113c, 113d)의 이격거리를 1mm로 설정하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In the first embodiment, the separation distances of the
참고적으로 상기 접이부(113)에 있어서, 제 1 접이부(113a)와 제 3 접이부(113c), 그리고 제 2 접이부(113b)와 제 4 접이부(113d)가 서로 대칭(對稱, symmetry)의 특성을 갖는 것으로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.For reference, in the folding portion 113, the
한편, 평판부(111)의 중앙 근방에는 급전점(Feeding Point, A)이 위치하고 있다. 이 급전점(A)은 안테나의 공진주파수 설정에 따라 그 위치가 달라지는 것이 바람직하다.On the other hand, a feeding point A is located near the center of the
본 발명의 제1 실시예에 있어서, 상기 삼각패치 안테나(100)는 상기 평판부(111), 아이리스(112:112a, 112b, 112c, 112d) 및 접이부(113:113a, 113b, 113c, 113d)는 그 각각이 개별적으로 결합되는 것이 아니라, 일체로 형성된 상태에서 제 1 아이리스(112a), 제 2 아이리스(112b), 제 3 아이리스(112c) 및 제 4 아이리스(112d)가 평판부(111)에 대하여 수직하게 절곡되고, 수직으로 절곡된 제 1 아이리스(112a), 제 2 아이리스(112b), 제 3 아이리스(112c) 및 제 4 아이리스(112d)가 각각 제 1 접이부(113a), 제 2 접이부(113b), 제 3 접이부(113c) 및 제 4 접이부(113d)에 대하여 수직하게 절곡되는 것이 바람직하다.In the first embodiment of the present invention, the triangular patch antenna 100 is the
상술한 구성으로 이루어진 삼각패치 안테나(100)에 있어서, 주파수를 1.575GHz으로 설정하고, 삼각패치(110)를 40mm × 45mm의 크기로 설정하며, 접지판(120)을 15.75λ×15.75λ(300mm×300mm, λ:파장)의 크기로 설정하고, 아이리스(112a, 112b, 112c, 112d)의 높이를 8mm로 설정하였으며, 삼각패치(110)와 접지판(120) 간의 이격거리를 1mm로 설정하였다.In the triangular patch antenna 100 having the above-described configuration, the frequency is set to 1.575 GHz, the
상술한 조건으로 설정되는 경우 76mm(길이) × 83mm(폭)의 크기를 갖는 평면형 원형편파 마이크로스트립 패치 안테나보다 삼각패치 안테나(100)가 71.5%의 면적 감소율을 나타내었다.When the above conditions are set, the triangular patch antenna 100 exhibits an area reduction rate of 71.5% compared to the planar circular polarization microstrip patch antenna having a size of 76 mm (length) × 83 mm (width).
도 1b에 도시된 바와 같이 -12.1dB의 반사손실을 갖고, -10dB의 대역폭은 84MHz이며 이득 값은 3.96dBd이다.As shown in Fig. 1B, it has a return loss of -12.1 dB, a bandwidth of -10 dB is 84 MHz, and a gain value is 3.96 dBd.
이때, 84MHz값을 갖는 삼각패치 안테나(100)의 대역폭은 평면형 원형편파 마이크로스트립 안테나가 갖는 -10dB 대역폭일 때 85MHz 값과, 4.2dBd의 이득값에 비하여 5.3%의 감소율을 나타내었다.At this time, the bandwidth of the triangular patch antenna 100 having a 84MHz value showed a reduction rate of 5.3% compared to the 85MHz value and the gain value of 4.2dBd when the -10dB bandwidth of the planar circularly polarized microstrip antenna.
방사패턴은 도 1c에 도시된 바와 같이 y-축 평행편파 HPBW(Half Power Beam Width; 반치각)는 z-x면에서 80.64°이고, x-축 평행편파 HPBW는 z-y면에서 82.08°을 나타내었다. 이는 평면형 원형편파 마이크로스트립 안테나의 경우보다 넓은 빔 폭의 방사패턴을 나타내었다.As shown in FIG. 1C, the radiation pattern of the y-axis parallel polarization HPBW (Half Power Beam Width) was 80.64 ° in the z-x plane, and the x-axis parallel polarization HPBW was 82.08 ° in the z-y plane. This shows a radiation pattern with a wider beam width than that of a planar circular polarized microstrip antenna.
축비는 1.575GHz로 설정된 주파수에서 도 1d에 도시한 바와 같이 1.2dB의 값을 가지고, 8MHz의 양호한 2dB 축비 대역폭을 얻었다.The axial ratio had a value of 1.2 dB as shown in Fig. 1D at the frequency set at 1.575 GHz, and a good 2 dB axial ratio bandwidth of 8 MHz was obtained.
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이하에서는 비교예 및 그에 따른 도면들을 참조하여, 본 발명자가 창안한 본 발명의 소형화가 가능한 3차원 구조의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나를 구현하기 위해 고려되었던 제반 기술들을 순차적으로 살펴봄과 아울러 이를 통해 본 안테나가 어떠한 장점을 갖게 되는지를 상세히 살펴본다.Hereinafter, with reference to the comparative example and the accompanying drawings, the present invention has been sequentially and through the various techniques considered to implement the circular polarized folded microstrip antenna of the three-dimensional structure capable of miniaturization of the present invention Let's take a closer look at the advantages of this antenna.
[제1 비교예] [Comparative Example 1]
먼저, 제1 비교예로서 안테나의 소형화를 목적으로 일반적인 평면형 선형편파 마이크로스트립패치 안테나를 설계하였다.First, as a first comparative example, a general planar linear polarization microstrip patch antenna was designed for miniaturization of an antenna.
도 3a를 참조하면, 제 1 비교예에 의한 안테나는 그 중심주파수를 GPS에서 사용되는 1.575 GHz로 맞추기 위해서, 접지판의 크기는 15.75λ×15.75λ(300mm×300mm)로 설정하고, 유전율(εr)이 1.06인 유전체의 높이를 9㎜로 설정하고, 안테나의 크기(W × L)를 80.5㎜ × 90㎜로 설계되었으며, 이때의 반사손실은 도 3b에 도시된 바와 같이 -21.14dB, -10dB 대역폭이 87MHz로 나타난다. 즉, -10dB 대역폭은 5.5%의 감소율을 나타낸다.Referring to FIG. 3A, in order to adjust the center frequency of the antenna according to the first comparative example to 1.575 GHz used in GPS, the size of the ground plate is set to 15.75λ × 15.75λ (300mm × 300mm), and the dielectric constant ε The height of the dielectric having r ) of 1.06 is set to 9 mm and the size of the antenna (W × L) is designed to be 80.5 mm × 90 mm, and the return loss is -21.14 dB,-as shown in FIG. The 10 dB bandwidth is shown at 87 MHz. In other words, a -10dB bandwidth represents a 5.5% reduction.
상술한 바와 같이 설정된 상태에서 안테나의 크기를 고정하고 패치 양측에 플레이트를 추가시킴으로써, 낮은 공진 주파수를 얻을 수 있다. 이는, "Iris부착 3차원 선형편파 마이크로스트립 패치 안테나의 소형화에 관한 연구"를 통해서 상기 플레이트를 패치 양끝단에 위치시킬수록 더 낮은 공진주파수를 얻을 수 있음이 자명하다.By fixing the size of the antenna in the set state as described above and adding plates on both sides of the patch, a low resonance frequency can be obtained. It is obvious that the lower the resonant frequency can be obtained by placing the plate at both ends of the patch through the "research on miniaturization of an Iris-attached 3D linearly polarized microstrip patch antenna".
따라서 제1 비교예에서 도 3c에 도시된 바와 같이 두개의 플레이트를 패치 양측 끝단에 수직하게 절곡시켜 위치시킨 후, 상기 플레이트의 높이를 1mm에서 8mm 까지 1mm씩 증가시킴으로써 도 3d와 같은 주파수 그래프를 획득할 수 있다.Accordingly, in the first comparative example, as shown in FIG. 3C, two plates are bent vertically at both ends of the patch, and then the height of the plate is increased by 1 mm from 1 mm to 8 mm to obtain a frequency graph as shown in FIG. 3D. can do.
즉, 중심 주파수는 플레이트의 높이가 증가할수록 감소하는 현상을 보였다.That is, the center frequency decreases as the height of the plate increases.
따라서, 플레이트의 최대 높이인 8mm가 될 때, 1.575GHz의 공진주파수가 1.21GHz로 감소함에 따라 0.365GHz의 주파수 저하를 나타내었다. 또한, -10dB 대역폭이 365MHz로 나타난다. 즉, -10dB 대역폭은 23.2%의 감소율을 나타낸다.Therefore, when the maximum height of the plate was 8 mm, the frequency reduction of 0.365 GHz was shown as the resonance frequency of 1.575 GHz decreased to 1.21 GHz. Also, a -10dB bandwidth appears at 365MHz. In other words, the -10dB bandwidth represents a 23.2% reduction.
구체적으로 도 3e를 참고하여 살펴보면, 상술한 중심주파수의 저하는 안테나의 밑면의 전류의 경로가 높이가 h인 하나의 플레이트로 인해 2h 만큼의 전류 경로가 증가되고, 이러한 두개의 플레이트로 약 4h의 전류경로 증가의 효과가 나타나는 것이다.Specifically, referring to FIG. 3E, the above-described lowering of the center frequency increases the current path by 2h due to one plate having a height h of the current path at the bottom of the antenna. The effect of increasing the current path is to appear.
예를 들면 전류경로는 h가 8 mm일 경우, 8mm × 2 + 8mm × 2 = 32mm가 됨으로써, 28.4%의 증가 효과를 얻을 수 있다.For example, when h is 8 mm, the current path becomes 8 mm x 2 + 8 mm x 2 = 32 mm, whereby an increase effect of 28.4% can be obtained.
한편, 최적화된 플레이트를 부착한 선평편파 폴디드 마이크로스트립 안테나를 살펴보면 다음과 같다.Meanwhile, the linearly polarized folded microstrip antenna with an optimized plate is as follows.
우선, 주파수를 1.575 GHz으로 설정한 후, 도 3f에 도시된 바와 같이 안테나의 크기를 55mm(길이) × 90mm(폭)으로 설정하면, 도 3g에 도시된 바와 같이 양호한 임피던스 정합을 얻으면서 평면형 안타나의 크기가 80.5mm(길이) ×90mm(폭)일 때 보다 길이방향으로 25.5mm가 단축되어 31.7%가 단축되는 것을 알 수 있다.First, if the frequency is set to 1.575 GHz, and then the size of the antenna is set to 55 mm (length) x 90 mm (width) as shown in FIG. 3F, a planar hit is obtained while obtaining a good impedance match as shown in FIG. 3G. When my size is 80.5mm (length) x 90mm (width), it can be seen that 25.5mm is shortened in the longitudinal direction and 31.7% is shortened.
이때, 반사손실은 -30.32dB이고, -10dB 대역폭이 108MHz로 나타난다. 즉, -10dB 대역폭은 6.86%의 감소율을 나타낸다.In this case, the return loss is -30.32dB and the -10dB bandwidth is 108MHz. In other words, the -10dB bandwidth represents a 6.86% reduction.
[제2 비교예] [Comparative Example 2]
제2 비교예로서, 제1 비교예에서 고찰한 패치의 변형 설계에 관한 가능성을 바탕으로, 도 4a에 도시한 바와 같이 소형화 특성을 얻기 위해 하측면으로 수직하게 절곡된 플레이트를 패치 중심방향으로 수평하게 절곡시킨 것을 특징으로 한다.As a second comparative example, based on the possibility of the deformed design of the patch considered in the first comparative example, as shown in FIG. 4A, a plate bent vertically to the lower side in order to obtain a miniaturization characteristic is horizontally arranged in the patch center direction. It is characterized by being bent.
수평하게 절곡된 면의 길이를 1mm씩 증가시키는 경우, 도 4b에 도시한 바와 같이 밑면의 길이가 길어짐에 따라 연속적인 공진주파수가 하향인 특성을 나타내고, 밑면의 길이가 27mm인 경우에 공진주파수가 0.715 GHz로 낮아져 0.860 GHz의 주파수 저하현상 즉, 54.6%의 감소율을 나타내었다.In the case of increasing the length of the horizontally bent surface by 1 mm, as shown in FIG. 4B, as the length of the bottom surface is increased, the continuous resonance frequency is downward, and when the length of the bottom surface is 27 mm, the resonance frequency is increased. It was lowered to 0.715 GHz, resulting in a frequency degradation of 0.860 GHz, or 54.6%.
즉, 도 4b를 참고하여 살펴보면, 상술한 중심주파수의 저하는 안테나의 밑면의 전류의 경로가 높이가 h인 하나의 플레이트로 인해 2h 만큼의 전류 경로가 증가되고, 이러한 두개의 플레이트로 약 4h의 전류경로 증가의 효과가 나타나는 것이다.That is, referring to FIG. 4B, the decrease in the center frequency described above increases the current path by 2h due to one plate having a height h of the current path at the bottom of the antenna. The effect of increasing the current path is to appear.
예를 들면 전류경로는 h가 27mm일 경우, 27mm × 2 + 8mm × 2 = 108mm가 됨으로써, 151%의 증가되는 것을 알 수 있다.For example, when h is 27 mm, the current path becomes 27 mm x 2 + 8 mm x 2 = 108 mm, indicating an increase of 151%.
따라서, 중심주파수가 1.575 GHz의 최적화된 최종적인 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나를 제작하였으며, 도 4c 내지 도 4e에 도시된 바와 같은 반사손실 및 방사패턴을 얻을 수 있었다.Therefore, the final linearly polarized folded microstrip antenna with an optimized center frequency of 1.575 GHz was fabricated and the return loss and radiation pattern as shown in FIGS. 4C to 4E were obtained.
구체적으로, 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 크기는 도 4c에 도시된 바와 같이 21mm(길이) × 90mm(폭)로 설정되어 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나보다 길이방향으로 73.9 %의 단축율을 나타내었으며, 반사손실은 도 4d에 도시된 바와 같이 설계된 1.575 GHz에서 -27.6 dB로 나타났다. 이때 급전부분과 안테나의 밑면의 만나는 부분에 구멍(holl)을 내어 서로의 단락을 피하였다.Specifically, the size of the linearly polarized folded microstrip antenna is set to 21 mm (length) × 90 mm (width) as shown in FIG. 4c, which shows a shortening ratio of 73.9% in the longitudinal direction than the general microstrip patch antenna. Return loss was -27.6 dB at 1.575 GHz designed as shown in FIG. 4D. At this time, a hole was made at the meeting portion of the feed portion and the bottom of the antenna to avoid a short circuit.
또한 도 4e에 도시된 바와 같이, -10 dB 대역폭은 64 MHz이며, 이득은 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나보다 2.88dB 낮은 5.12dBd로 측정되었고, HPBW는 E-면과 H-면 각각 151°, 79.2°를 나타내었다. 즉, -10dB 대역폭은 4%의 감소율을 나타낸다.In addition, as shown in FIG. 4E, the -10 dB bandwidth is 64 MHz, and the gain is measured at 5.12 dBd, 2.88 dB lower than the linearly polarized folded microstrip antenna, and the HPBW is 151 ° for the E-plane and the H-plane, respectively. 79.2 °. In other words, a -10dB bandwidth represents a 4% reduction.
그리고, 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나보다는 E-면에서 넓은 빔 폭을 확인할 수 있었다. 이는 소형화로 인해 개구면 간의 간격이 좁아지므로써 발생하는 빔의 광각화 현상에 기인된 것으로 사료된다.And, the beam width was wider in the E-plane than in the linearly polarized folded microstrip antenna. This may be due to the wide angle of the beam caused by narrowing the gap between the openings due to the miniaturization.
상술한 바와 같은 비교예1 및 2를 종합해 보면, 먼저 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 경우 안테나 길이가 평면형의 80.5 mm보다 59.5 mm 작은 21 mm로 축소되어 73.9 %의 길이단축 효과를 얻었으며, 네 방향을 접는 구조인 사각밑면 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 경우 평면형 원형편파 마이크로스트립 안테나보다 79.5 %의 면적이 감소되었고 축비 1.61 dB의 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나를 구현할 수 있었다.Comparing Comparative Examples 1 and 2 as described above, the linearly polarized folded microstrip antenna was first reduced to 21 mm, which is 59.5 mm smaller than the flat 80.5 mm, resulting in a length reduction effect of 73.9%. The square bottom circularly polarized folded microstrip antenna, which is a structure that folds in four directions, has a 79.5% smaller area than the planar circularly polarized microstrip antenna, and can implement a circularly polarized folded microstrip antenna with an axis ratio of 1.61 dB.
즉, 원형편파의 경우 네방향 모두 선형편파 안테나의 폴디드 구조를 적용시켰으며, 접혀진 밑면은 면적의 활용도를 높이기 위해 삼각형과 사각형 구조로 설계하였다. 이때 최적화된 사각 밑면 안테나의 가시 면적 축소율은 79.5 %이었으며, 이득은 2.56dBd이었다. -10 dB 대역폭은 8 MHz(5.1 %), y-축 평행편파 HPBW는 z-x면에서 91°, x-축 평행편파 HPBW는 z-y면에서 124°이었다.That is, in the case of circular polarization, the folded structure of the linearly polarized antenna is applied in all four directions, and the folded bottom is designed in a triangular and square structure to increase the utilization of the area. At this time, the visible area reduction ratio of the optimized square bottom antenna was 79.5% and the gain was 2.56dBd. The -10 dB bandwidth was 8 MHz (5.1%), the y-axis parallel polarization HPBW was 91 ° on the z-x plane, and the x-axis parallel polarization HPBW was 124 ° on the z-y plane.
따라서, 이러한 기술적 사상을 근간으로 창안된 본 발명의 3차원 안테나는, 모두 1.575 GHz(GPS)로 설계되었으며, 이로써 폴디드 구조가 마이크로스트립 안테나의 소형화라는 그 특징적인 목적을 달성하고 있다.Accordingly, all three-dimensional antennas of the present invention, which have been developed based on these technical ideas, are all designed to be 1.575 GHz (GPS), thereby achieving a characteristic purpose of miniaturizing a microstrip antenna.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
상술한 바와 같은 특징적인 구성과 기능을 갖는 본 발명에 의하면, 폴디트 마이크로스트립 안테나의 패치 밑면을 삼각형상 또는 사각형상의 구조를 변경하여 원형편파를 형성함으로써, 선형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 경우 안테나 길이가 평면형의 80.5 mm보다 59.5 mm 작은 21 mm로 축소되어 73.9 %의 길이단축 효과를 얻었으며, 네 방향을 접는 구조인 사각밑면 원형편파 폴디드 마이크로스트립 안테나의 경우 평면형 원형편파 마이크로스트립 안테나보다 79.5 %의 면적이 감소되었다. 따라서, 밑면의 길이를 조절함으로써, 방사효율의 저하 및 유전 손실로 인한 이득의 저하가 없는 안정된 폴디드 마이크로스트립 안테나를 소형화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention having the characteristic configuration and function as described above, by forming a circular polarization by changing the triangular or square structure of the patch base of the folded microstrip antenna, in the case of a linearly polarized folded microstrip antenna The length was reduced to 21 mm, which is 59.5 mm smaller than the flat 80.5 mm, resulting in a 73.9% reduction in length.In the case of a four-fold folding structure, the rectangular bottom polarized folded microstrip antenna is 79.5 smaller than the planar circular polarized microstrip antenna. % Area was reduced. Accordingly, by adjusting the length of the bottom surface, there is an effect that the stable folded microstrip antenna can be miniaturized without lowering the radiation efficiency and the gain due to the dielectric loss.
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