KR100837102B1 - 직접 급전형 패치 안테나 - Google Patents

Abstract

직접 급전형 패치 안테나가 개시된다. 본 발명에 따른 직접 급전형 패치 안테나는 급전 중심부(120)로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성된 직접 급전점(118)을 갖는 방사 패치(110), 직접 급전점(118)과 전기적으로 연결된 4개의 직접 급전용 원기둥(130), 및 방사 패치(110)와 대향하여 원기둥(130)과 전기적으로 연결되어 직접 급전되는 금속 패치(140)를 포함하고, 바람직하게는 세라믹으로 이루어진 커플러(117)를 더 포함한다. 이에 따르면, 이득이 높고 소형이며 축비 대역폭이 개선된 패치 안테나가 제공된다.

마이크로스트립, 패치 안테나, 원형편파, 소형, 이득, 축비대역폭, 직접 급전

Description

직접 급전형 패치 안테나{A direct feeding type patch antenna}

도 1은 일반적인 패치 안테나의 사시도이다.

도 2는 원형 편파 구현을 위한 패치 안테나의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 패치 안테나의 분해 사시도이다.

도 4는 도 3의 결합 측면도이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 패치 안테나의 분해 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,200: 패치 안테나110,210: 방사 패치

112,212: 기판114,214: 패턴부

116,216: 마이크로스트립 패턴117,217: 커플러

118,218: 직접 급전점 120,220: 급전 중심부

130,230: 직접 급전용 원기둥 금속 패치

본 발명은 직접 급전형 패치 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이득이 높고 소형이며 축비 대역폭이 개선된 패치 안테나에 관한 것이다.

패치 안테나는 기판에 마이크로 스트립 패턴을 형성하여 제조된 안테나로서, 소형이고, 경량이며, 배열, 집적 및 편파 조절이 용이하다.

이하에서 첨부된 도면 도 1과 도 2를 참조하여 종래의 패치 안테나를 설명한다.

도 1은 일반적인 패치 안테나의 사시도이고, 도 2는 원형 편파 구현을 위한 패치 안테나의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 널리 사용되는 직선형 패치 안테나(20)는, 접지판(21)에 개구면을 형성한 형태로서 급전선로(22)를 슬롯(23)의 중앙에 위치시킴과 동시에 상기 슬롯(23)으로부터 약 λ/4의 길이만큼 더 돌출되도록 함으로써 선형 편파만을 발생시키는 특징을 가진다. 이러한 직선형 패치 안테나(20)는 단일 슬롯 안테나로서 공진 주파수를 맞추려면 안테나의 크기가 커지는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 도 2와 같은 두개의 슬롯(31, 32)을 가지는 원형 편파 패치 안테나(30)가 제안되었다. 상기 원형 편파 패치 안테나(30)의 일측에 λ/4의 지연선로(33)를 가지는 급전선로(34)가 형성되어 원형 편파를 구현한다. 이와 같은 원형 편파 패치 안테나(30)는 투과 특성이 우수하고 다중 반사 간섭이 적어 방송/통신용으로 적합하다. 그러나, 이중 급전을 위한 원형 편파 패치 안테나(30)는 이중 지연 선로(33)와 두 개의 개구면 즉, 슬롯(31, 32)을 설계해야 하므로 구조가 복잡하여 마이크로파 회로 실장시 전체 회로의 소형화를 도모하지 못하고 생산성 저하에 따른 제조 원가의 상승을 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 이득이 높고 소형화가 가능한 패치 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 직접 급전형 패치 안테나는 급전 중심부로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성된 직접 급전점을 갖는 방사 패치, 직접 급전점과 전기적으로 연결된 4개의 직접 급전용 원기둥 및 방사 패치와 대향하여 원기둥과 전기적으로 연결되어 직접 급전되는 금속 패치를 포함한다.

바람직하게는 상기 직접 급전형 패치 안테나는 세라믹으로 이루어진 커플러를 더 포함한다.

여기서, 상기 커플러는 홀수단의 커플러인 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 직접 급전형 패치 안테나를 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 패치 안테나의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 결합 측면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 직접 급전형 패치 안테나(100: 이하에서, "직접 급전형 패치 안테나"는 "패치 안테나"라 약기함)는 크게 방사 패치(110), 직접 급전용 원기둥(130) 및 금속 패치(140)를 포함한다.

상기 방사 패치(110)는 외부의 무선 신호를 수신하는 부분으로 기판(112), 상기 기판(112)의 일면에 마이크로 스트립 패턴(116)이 형성된 패턴부(114)를 포함한다. 상기 패턴부(114)에는 축비대역폭을 증가시키기 위하여 윌킨슨 디바이더를 사용한 4개의 직접 급전점(118)이 형성된다. 상기 급전점(118)은 상기 급전 중심부(120)로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성되어 각 급전점(118)간 위상이 0도, 90도, 180도 및 270도가 되도록 한다. 상기 직접 급전점(118)은 급전 중심부(120)로부터 동일한 거리에 형성되는 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 특별히 한정되지는 않으며, 상기 기판(112)과 패턴부(114)는 하나의 모듈로 형성가능하다. 상기 급전점(118)에는 전기적 신호를 상기 금속 패치(140)로 직접 급전하기 위하여 상기 급전점(118)과 상기 금속 패치(140)를 전기적으로 연결한 원기둥(130)이 형성된다.

일반적인 커플 급전의 경우 상단 패치의 소재로 유전체 기판을 사용함으로써 유전체에 의한 손실이 존재할 수 밖에 없으며, 이로 인하여 복사 효율이 떨어지는 문제점이 존재한다. 또한 종래 패치 안테나는 전송선 급전단과 방사되는 금속 패치간의 커플을 이용하여 급전하기 때문에 안테나의 높이가 높아지는 문제점이 존재한다.

그러나, 본 발명의 경우 상기 원기둥(130)을 통하여 상기 금속 패치(140)에 직접 급전을 수행함으로써 안테나의 높이를 낮출 수 있어 패치 안테나(100)의 소형화가 가능하다.

본 발명의 급전형 패치 안테나가 동작하는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 급 전부(미도시)를 통하여 급전된 신호는 커플러(117)를 거쳐 디바이더(미도시)를 통하여 소정 위상차로 분배된다. 상기 분배된 신호는 상기 원기둥(130)을 통하여 상기 금속 패치(140)로 직접 급전되며, 상기 원기둥을 통하여 급전되는 신호의 위상차로 인하여 원편파가 외부로 방사된다. 본 발명의 경우 90도 위상차를 가진 4개의 신호를 4개의 급전점(118)을 통하여 급전시킴으로써 축비 대역폭 특성을 개선시킬 수 있으며, 직접 급전을 사용하여 커플 급전시보다 전력전달의 효과를 증가시킬 수 있다. 또한, 안테나의 상판 패치로 유전체가 아닌 금속판을 사용하여 유전체에 의한 복사 손실을 최소화하여 안테나의 이득을 향상시킬 수 있다.

본 발명을 RFID 리더용 안테나에 적용하면, 태그의 인식거리를 증가시킬 뿐만 아니라 태그의 방향성에 대한 특성을 개선시킬 수 있다.

이하에서 첨부된 도면 도 5를 참조로 본 발명의 제2실시예에 따른 직접 급전형 패치 안테나를 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 패치 안테나의 분해 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 패치 안테나(200)는 제1실시예에 따른 패치 안테나(100)의 마이크로 스트립 커플러(117)를 3단 세라믹 커플러 소자(217)로 대체하는데 특징이 있다.

상기 마이크로 스트립 커플러(117)를 이용하여 이중편파를 구현하기 위해서는 다단의 커플러(117)를 결합하여 격리도를 향상시켜야만 한다. 그러나, 이 경우 다단의 커플러(117)로 인하여 안테나의 물리적 크기가 증가하고 커플러(117) 구성에 따른 라인 손실이 커져 안테나의 이득이 감소하는 문제점이 존재한다.

이와 같이, 마이크로 스트립 커플러가 3단 세라믹 커플러 소자로 대체되면, 마이크로 스트립 라인으로 구성된 커플러에 비해 물리적인 크기를 줄일 수 있고, 3단으로 되어 안테나의 격리도를 향상시킬 수 있다. 또한, 세라믹 커플러 소자를 사용함에 따라 제2실시예에 따른 패치 안테나(200)는 라인 손실을 크게 줄일 수 있게 되어 효율이 높아진다.

상기 실시예에서는 세라믹 커플러 소자(217)를 3단으로 한정하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며 5단, 7단 등 홀수단의 세라믹 커플러 소자(217)를 사용하여 구현가능하다.

이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 기술하였다. 그러나, 본 발명은 전술된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 당업자에 의해 첨부된 청구범위의 정신과 사상 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따르면 직접 급전용 원기둥을 통해 방사 패치의 직접 급전점과 금속 패치의 금속판을 직접 연결하여 소형화가 가능한 패치 안테나를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 금속 패치에 금속판을 사용하여 유전체에 대한 손실을 줄임으로써 이득이 향상된 패치 안테나를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 급전 중심부로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성된 직접 급전점을 갖는 방사 패치

   상기 직접 급전점과 전기적으로 연결된 4개의 직접 급전용 원기둥 및

   상기 방사 패치와 대향하며, 상기 원기둥과 전기적으로 연결되어 직접 급전되는 금속 패치를 포함하며,

   상기 방사패치는 기판 및 상기 기판의 일면에 마이크로 스트립 패턴이 형성된 패턴부를 포함하는 직접 급전형 패치 안테나.
2. 세라믹으로 형성되며, 일단이 급전부와 전기적으로 연결되어 상기 급전부로부터 급전된 신호의 격리도를 향상시키는 커플러

   상기 커플러의 타단과 전기적으로 연결되는 급전 중심부로부터 서로 직각인 방향으로 방사상으로 형성된 직접 급전점을 갖는 방사 패치

   상기 직접 급전점과 전기적으로 연결된 4개의 직접 급전용 원기둥 및

   상기 방사 패치와 대향하며, 상기 원기둥과 전기적으로 연결되어 직접 급전되는 금속 패치를 포함하는 직접 급전형 패치 안테나.
3. 제2항에 있어서,

   상기 커플러는 홀수단의 커플러인 직접 급전형 패치 안테나.
4. 제2항에 있어서,

   상기 방사패치는 기판 및 상기 기판의 일면에 마이크로 스트립 패턴이 형성된 패턴부를 포함하는 직접 급전형 패치 안테나.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 안테나는 RFID 안테나에 적용 가능한 직접 급전형 패치 안테나.

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