KR100858969B1 - 향상된 대역저지 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴안테나 - Google Patents

향상된 대역저지 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴안테나 Download PDF

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문수덕
최경
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강원대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 두 주파수 대역의 공진을 위한 결합 소자를 이용한 대역저지 필터 개념을 안테나에 적용하여, 안테나의 방사체에 대역저지 특성을 갖는 두 개의 제1 및 제2 수평 슬롯을 삽입함에 의해 특정 주파수 대역에 대하여 넓은 저지 대역폭과 향상된 스커트 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나에 관한 것이다.
본 발명의 안테나는 접지면; 상기 접지면에 수직으로 설치되며 사각판 형상의 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 일측면에 형성되며 광대역 방사 특성을 얻기 위한 보우타이형 패치; 상기 보우타이형 패치에 차단하고자 하는 주파수의 반파장 길이로 설정되며 서로 평행하게 간격을 두고 배치된 제1 및 제2 슬롯; 상기 유전체 기판의 일측면에 하단부가 상기 접지면과 접촉하며 상단부가 반원 형태로 상기 보우타이형 패치와 간격을 두고 형성되어 추가적인 광대역 공진을 형성하기 위한 기생 접지면; 및 상기 유전체 기판의 타측면에 형성되며 상기 보우타이형 패치의 중앙으로 간접결합 방식으로 급전하기 위한 급전선로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보우타이형, 광대역, 모노폴 안테나, 수평 슬롯, 대역저지

Description

향상된 대역저지 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나{WIDE BAND BOW-TIE MONOPOLE ANTENNA HAVING IMPROVED BAND REJECTION CHARACTERISTIC}
도 1a 내지 도 1c는 각각 슬롯을 포함하지 않는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나를 나타내는 모노폴의 정면도, 배면도 및 모노폴 안테나의 측면도,
도 2a 및 도 2b는 각각 보우타이형 패치와 접지면과의 간격(g) 및 급전선로의 폭(WM)에 따른 반사손실을 나타낸 그래프,
도 3은 단일 반파장 슬롯이 삽입된 보우타이형 광대역 모노폴 안테나에서 슬롯의 배치 위치에 따른 정재파비와 슬롯의 길이의 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 제1 및 제2 반파장 슬롯이 삽입된 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나에서 모노폴의 정면도,
도 5는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나의 등가 회로도,
도 6은 도 4에서 제1 슬롯과 제2 슬롯 간의 간격의 변화에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프,
도 7은 도 4에서 삽입된 제3 및 제4 슬롯의 높이에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프,
도 8은 일반적인 광대역 안테나와 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나의 정재파비 특성을 측정한 결과를 함께 나타낸 그래프,
도 9a 내지 도 9c는 각각 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나의 동작 주파수와 저지 주파수에서의 방사 패턴 특성을 나타낸 그래프,
도 10은 2.7GHz-6.9GHz 주파수 범위에 대하여 x-y 평면에서 측정된 본 발명 안테나의 평균이득을 나타낸 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 유전체 기판 10 : 보우타이형 패치
20 : 기생 접지면 30 : 급전선로
41,42 : 제1 및 제2 슬롯 43,44 : 제3 및 제4 슬롯
50 : 접지면 63 : 결합소자
61,62 : 제1 및 제2 반파장 대역저지 공진기
64 : 방사저항
100,200 : 보우타이형 광대역 모노폴 안테나
본 발명은 모노폴 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 향상된 대역저지 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나에 관한 것이다.
최근, 다양한 무선 서비스의 발달로 하나의 휴대 단말기에 여러 서비스를 탑 재하는 기술의 필요성이 점점 커지고 있다. 이를 위해 단말기에 여러 서비스 대역을 동시에 수용하기 위해 서로 다른 대역의 여러 안테나를 동시에 탑재하기도 한다. 그러나 이러한 방법에서는, 시스템에서 안테나가 차지하는 부피가 커질 뿐만 아니라 각각의 안테나를 정합하는 데에도 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해서 다중대역 안테나, Reconfigurable 안테나, 또는 광대역 안테나 등 여러 대역에 적용될 수 있는 안테나가 복합화된 단일 안테나를 이용하는 방법이 이용되고 있다.
일반적인 다중대역 안테나의 경우, 협대역 공진 소자를 이용하여 민감한 임피던스 대역폭과 복잡한 구조를 갖는다는 단점으로 인해, 설계에 있어 어려운 점이 있다. 그러나 광대역 안테나를 이용할 경우 양호한 임피던스 정합, 안정된 방사 패턴, 높은 효율 등의 이점을 보여주고 있다. 이러한 광대역 안테나로는 평면형 모노폴 안테나, 슬롯형 안테나, 평면 타원형 안테나 등 다양한 광대역 안테나 및 UWB 안테나 기술들이 제안되고 있다.
한편, 이러한 안테나들에서도 사용 주파수 대역 내에서 IEEE 802.11a WLAN 대역 등 기존의 다른 서비스 신호들과 상호 간섭문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해서 안테나로부터 다음 단에 UWB 대역저지 필터 등의 간섭 대역을 저지하는 여파기를 위치시킬 수 있지만, 전체 시스템의 크기가 커지게 된다는 단점이 있다. 따라서 안테나 자체에서 원하는 주파수 저지 기능을 갖게 하는 연구가 시급하며, 많은 발전을 이루고 있다.
현재 가장 활발히 연구되고 있는 방법으로서는 방사체 내에 반파장 슬롯이나 개방된 1/4 파장 슬롯을 삽입하는 것인데, 이 방법을 이용하여 원하는 주파수를 저 지할 수 있으며, 크기가 다른 슬롯을 삽입하여 여러 대역의 주파수를 저지할 수 있다. 그러나 저지 주파수 대역에 하나의 협대역 슬롯을 삽입하기 때문에 대역저지의 대역폭이 작아 여파기 역할을 하는데 부족한 점이 있다.
따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 특정 주파수 대역에 대하여 향상된 대역저지 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 두 주파수 대역의 공진을 위한 결합 소자를 이용한 대역저지 필터 개념을 안테나에 적용하여, 안테나의 방사체에 대역저지 특성을 갖는 두 개의 제1 및 제2 수평 슬롯을 삽입함에 의해 넓은 저지 대역폭과 향상된 스커트 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나를 제공하는 데 있다.
본 발명의 도 다른 목적은 제1 및 제2 슬롯간의 간격과 제1 및 제2 슬롯의 중앙에 추가로 삽입된 작은 제3 및 제4 슬롯의 높이를 조절함으로써 제1 및 제2 슬롯간의 상호 결합량을 조절할 수 있는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 보우타이형 광대역 모노폴 안테나는, 접지면; 상기 접지면에 수직으로 설치되며 사각판 형상의 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 일측면에 형성되며 광대역 방사 특성을 얻기 위한 보우타이형 마이크로스트립 패치; 상기 보우타이형 마이크로스트립 패치에 차단하고자 하는 주파수 의 반파장 길이로 설정되며 서로 평행하게 간격을 두고 배치된 제1 및 제2 슬롯; 상기 유전체 기판의 일측면에 하단부가 상기 접지면과 접촉하며 상단부가 반원 형태로 상기 보우타이형 패치와 간격을 두고 형성되어 추가적인 광대역 공진을 형성하기 위한 기생 접지면; 및 상기 유전체 기판의 타측면에 형성되며 상기 보우타이형 마이크로스트립 패치의 중앙으로 간접결합 방식으로 급전하기 위한 급전선로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보우타이형 패치에 형성된 제1 및 제2 슬롯의 중간에 각각 외측방향으로 사각형상으로 연장 형성되어 상기 제1 및 제2 슬롯에 의해 등가적으로 형성되는 제1 및 제2 대역저지 공진기 간의 상호 결합량을 조절하기 위한 제3 및 제4 슬롯을 더 포함할 수 있다.
상기 보우타이형 패치의 가로 길이는 첫 공진 주파수의 반파장 크기이며, 광대역 모노폴 안테나의 하한 주파수를 결정한다.
상기 본 발명의 안테나에서는 제1 및 제2 슬롯 간의 간격이 좁아질수록 상호 결합량은 커지고, 상기 제3 및 제4 슬롯의 높이가 증가할수록 결합량은 작아진다.
또한, 본 발명에서는 상기 제1 및 제2 슬롯에 의해 등가적으로 형성되는 동일한 대역저지 공진주파수를 갖는 제1 및 제2 대역저지 공진기를 상호 결합시킴에 의해 2단 대역저지 필터를 형성하며, 공진기 간의 상호 결합량을 변화시킴에 의해 대역저지 대역폭을 조절한다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더 욱 상세하게 설명한다.
첨부된 도 1a 내지 도 1c는 각각 슬롯을 포함하지 않는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나를 나타내는 모노폴의 정면도, 배면도 및 모노폴 안테나의 측면도이다.
본 발명에 따른 2개의 수평 슬롯을 포함하는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나를 설명하기 전에 먼저 슬롯을 포함하지 않는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나의 설계원리에 대하여 설명하고 이에 기초하여 본 발명을 설명한다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 슬롯을 포함하지 않는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)는 유전체로 이루어진 사각형 형태의 기판(1)이 접지면(50)에 수직으로 설치되며, 상기 유전체 기판(1)의 일측면에는 광대역 방사 특성을 얻기 위한 보우타이형 패치(10)가 형성되고, 상기 보우타이형 패치(10)의 하측에는 상단부가 반원 형태로 상기 보우타이형 패치(10)와 간격을 두고 형성되며 하단부가 상기 접지면(50)과 접촉하는 기생 접지면(20)이 유전체 기판(1)의 일측면에 형성되어 있으며, 상기 유전체 기판(1)의 타측면에 보우타이형 패치의 중앙으로 간접결합 방식으로 급전하기 위한 급전선로(30)가 마이크로스트립 선로를 이용하여 형성되어 있다.
상기 기생 접지면(20)은 추가적인 광대역 공진을 형성하기 위한 것이고, 상기 급전선로(30)는 임피던스 정합을 위하여 스텝 구조를 갖는 마이크로스트립 선로 형태의 급전 구조로 이루어져 있다.
상기 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)의 설계 변수는 유전체 높이(H), 보우타이형 패치(10)의 가로 폭(W), 보우타이형 패치(10)의 양 끝의 세로길이(BH), 보우타이형 패치(10)의 중간의 세로길이(BL), 보우타이형 패치(10)와 반원 기생 접지면(20)과의 간격(g), 반원 기생 접지면(20)의 반지름(R), 급전선로(30)의 폭(WF), 급전선로(30)의 스텝구조의 폭(WM), 그리고 스텝의 길이(HM)이다.
보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)의 설계변수를 알아보기 위한 샘플을 제작하였다. 샘플은 80 × 80 mm2인 접지면(50) 위에 22 × 22 mm2이며 두께가 0.64 mm인 평면형 모노폴이 수직으로 연결하여 SMA 콘넥터를 통하여 급전된 구조로 제작하였다. 여기서 평면형 모노폴은 비유전율이 6.15이고, 유전체 손실(tangent loss)이 0.0028인 Taconic 사의 기판을 사용하였다.
보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)는 기본적으로 광대역 특성을 갖고 있으며, 중앙으로부터 급전된다. 평면형 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)는 직접 결합 급전방식보다 마이크로스트립 선로를 이용한 간접 결합 급전 방식이 더 넓은 대역폭 특성을 나타낸다. 또한, 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)는 방사체인 보우타이형 패치(10)에 중앙으로 급전선로(30)를 통한 간접 결합에 의해 전자기적으로 급전하여 광대역 특성을 얻을 수 있었으며, 추가적인 광대역 공진을 위해 보우타이형 패치(10)와 모노폴의 접지(50) 사이에 반원 모양의 기생 접지면(20)을 삽입하였다.
상기 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)는, 보우타이형 패치(10)가 반파 장에서 공진을 일으켜 3 GHz 대역에서 광대역 공진을 일으키며, 보우타이형 패치(10)와 접지(50) 사이에 형성된 반원 모양의 기생 접지면(20)으로 인한 6 GHz 대역의 광대역 공진이 발생하게 된다.
보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)의 설계변수에 따른 반사손실의 변화는 도 2a 및 도 2b에 나타내었다. 도 2a 및 도 2b는 각각 보우타이형 패치와 접지면과의 간격(g) 및 급전선로의 폭(WM)에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.
상기 결과는 Ansoft 사의 EM 시뮬레이터인 "HFSS"를 사용하여 알아보았다. 보우타이형 패치(10)의 가로 길이(W)는 첫 공진 주파수의 반파장 크기이며, 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)의 하한 주파수를 결정하는 변수가 된다.
보우타이형 패치(10)와 원형 기생 접지면(20) 사이의 간격(g)에 따른 변화를 살펴보면, 도 2a와 같이 간격(g)이 넓어질수록 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)의 임피던스가 전체 동작 주파수에서 양호하게 정합되다가, 6.5 mm 이상이 되면 다시 6 GHz 대역의 임피던스 정합이 잘 이루어지지 않았다. 또한, 도 2b를 참고하면, 급전선로(30)의 폭(WM)이 넓어짐에 따라 두 번째 공진 주파수가 올라가는 것이 확인되지만, 임피던스 정합은 나빠지게 되어 폭(WM)이 3.4 mm 이상이 되면 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)의 상한 주파수가 더 이상 올라가지 않는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 광대역 안테나에서 주파수 간섭을 줄이기 위해서는 해당 주파수 대역의 방사를 저지시켜야 한다. 이러한 방법에는 저지 대역을 제외한 주파 수에서 공진하는 다른 여러 방사 소자를 결합하여 광대역 안테나를 설계하는 방법과, 방사 소자에 단락된 반파장 U자 슬롯이나 수평 슬롯 또는 개방된 1/4 파장 슬롯을 삽입하여 원하는 대역저지 특성을 얻는 방법이 있다. 대역저지 슬롯은 방사 저항의 앞에 위치하는 개방 스터브(open stub) 또는 단락 스터브(short stub)로서 등가적으로 표현할 수 있다. 이 스터브들은 일정한 주파수에서 입력 임피던스가 영(0)이나 무한대가 되기 때문에 대역저지 특성을 발현한다.
도 3은 단일 반파장 슬롯이 삽입된 보우타이형 광대역 모노폴 안테나에서 슬롯의 배치 위치에 따른 정재파비와 대역 저지 주파수 5.3 GHz를 갖는 슬롯의 길이의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3과 같이 단일 반파장 슬롯이 삽입된 보우타이형 광대역 모노폴 안테나에서는, 보우타이형 패치에 형성된 단일 반파장 슬롯의 길이에 따라 대역저지 주파수가 변화하게 되고, 삽입된 위치에 따라 반파장을 갖는 단일 슬롯의 길이와 정재파비(VSWR)가 변화하는 것을 알 수 있다.
동일한 대역저지 주파수를 갖는 슬롯의 길이는 슬롯의 위치가 반원 모양의 기생 접지면(20)과 인접한 보우타이형 패치(10)의 가장자리로 갈수록 반파장 슬롯의 길이는 선형적으로 줄어들고 반사손실 특성도 향상된다. 또한, 반원 모양의 기생 접지면(20)으로 인하여 보우타이형 패치(10)의 중앙으로 급전되는 표면 전류가 기생 접지면(20)에 근접하는 방향으로 많이 분포하게 되기 때문에 보우타이 형태의 가장자리로 갈수록 저지 대역의 VSWR은 커지게 된다.
도 4는 제1 및 제2 반파장 슬롯이 삽입된 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나에서 모노폴의 정면도, 도 5는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나의 등가 회로도이다.
도 4에 도시된 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)는 제1 및 제2 반파장 슬롯(41,42)이 보우타이형 패치(10)에 삽입된 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)는 2단 대역저지 필터 이론을 적용하여 동일한 대역저지 공진주파수를 갖는 폭이 0.3 mm인 2개의 제1 및 제2 반파장 슬롯(41,42)을 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(100)의 보우타이형 패치(10)에 삽입하여 두 공진기간의 상호 결합량을 조절하여 대역저지 특성을 개선시킨 것이다.
이 경우 기생 접지면(20)과 인접한 보우타이형 패치(10)에 2개의 제1 및 제2 반파장 슬롯(41,42)을 위치시키는 것이 반사손실 특성을 향상시키는 데 바람직하며, 추가적인 결합량의 조절을 위하여 제1 및 제2 반파장 슬롯(41,42)의 중간으로부터 외측방향으로 제3 및 제4 슬롯(43,44)을 연장 형성하였다.
도 4의 모노폴 안테나(200)에서 설계변수는 제1 및 제2 반파장 슬롯(41,42)의 길이(Ls1과 Ls2), 제1 및 제2 반파장 슬롯(41,42) 간의 간격(gs), 제1 슬롯(41)의 위치를 정하는 Hs, 제3 및 제4 슬롯(43,44)의 폭(Hc)과 길이(Ws)로 이루어진다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나의 등가 회로도로서, 등가회로는 제1 및 제2 반파장 대역저지 공진기(1/2λ notch resonator)(61,62), 공진기 사이의 결합소자(coupling unit)(63) 및 방사저 항(Ra)(64)로 표현될 수 있다.
상기한 2개의 반파장 대역저지 공진기(61,62) 사이에 결합소자(63)를 삽입하면 공진주파수를 중심으로 양쪽으로 공진주파수가 이동하기 때문에 두 개의 극점을 갖고 저지 대역을 이루는 대역저지 필터를 구현할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에서는 동일한 대역저지 공진주파수를 갖는 대역저지 공진기를 상호 결합시킴에 의해 2단 대역저지 필터를 구현하며, 공진기 간의 상호 결합량을 변화시킴에 의해 대역저지 대역폭을 조절할 수 있게 된다.
상기 등가회로에서는 안테나로 급전된 신호가 두 공진기(즉, 슬롯)의 상호 결합으로 구현된 대역저지 구조를 통과하여 안테나로 방사된다. 이는 개념적으로 안테나와 대역저지 필터가 결합된 형태를 이루게 된다.
한편, 상기 제1 및 제2 슬롯(41,42) 간의 간격(gs)의 변화는 두 제1 및 제2 슬롯(41,42) 간의 결합량에 큰 영향을 주며 이는 대역저지 특성에 영향을 준다. 이러한 제1 및 제2 슬롯(41,42) 간의 결합량 변화를 확인하기 위하여 보우타이형 패치(10)의 가장자리에 위치하는 제2 슬롯(42)을 고정한 후 제1 슬롯(41)의 위치를 이동하며 시뮬레이션하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 그 결과 일반적인 마이크로스트립 결합 선로와 같이 두 제1 및 제2 슬롯(41,42) 간의 간격이 좁아질수록 상호 결합량은 커지는 것을 알 수 있다. 또한, 삽입된 두 제1 및 제2 슬롯(41,42)의 위치에 따라 정재파비의 크기가 달라지는데, 도 6에서와 같이 간격(gs)이 0.4 mm일 때부터 두 정재파비 최고점의 차이가 적어짐을 확인할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 슬롯(41,42)의 중간에 작은 크기의 제3 및 제4 슬롯(43,44)을 삽입하여 저지대역 특성을 변화시킬 수도 있다. 삽입된 제3 및 제4 슬롯(43,44)의 높이(Hc)의 변화에 따른 정재파비를 도 7에 나타내었다. 도 7에서 알 수 있듯이, 삽입된 제3 및 제4 슬롯(43,44)의 높이(Hc)가 증가할수록 결합량은 작아지고 저지대역의 평탄도는 줄어든다. 제1 및 제2슬롯(41,42) 간의 간격(gs)에 따라서는 중심 주파수가 변하지 않지만, 추가된 제3 및 제4 슬롯(43,44)의 크기에 따라서는 중심주파수가 이동하면서 결합량이 변한다.
도 8은 일반적인 광대역 안테나(-o-)와, 단일 슬롯을 갖는 대역저지 안테나(점선)와, 두 개의 슬롯을 갖는 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)(실선)의 전압 정재파비를 측정한 결과를 보여준다. 본 발명에 따른 두 개의 슬롯을 갖는 대역저지 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)는 2.7 GHz에서 6.9 GHz까지 VSWR ≤ 2.0을 유지하고, 주파수 4.96 GHz에서 5.51 GHz까지의 저지 대역폭을 갖는다. 또한, 저지 대역을 제외한 다른 동작 주파수에서는 측정된 광대역 안테나(-o-)와 특성이 크게 변하지 않는다.
삽입된 두 개의 제1 및 제2 슬롯(41,42)은 저지 대역폭 내에서 두 개의 대역저지 공진을 형성하여, 향상된 대역저지 특성을 나타낸다. 두 개의 제1 및 제2 슬롯(41,42)을 구비하는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)는 하나의 수평 슬롯을 삽입한 경우(점선)에 비해 넓은 저지 대역폭과 향상된 스커트 특성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 향상된 대역저지 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)의 복사 패턴을 저지 대역을 포함하여 각 주파수별로 도 9a 내지 도 9c에 나타내었다. 본 발명에 따른 향상된 대역저지 특성을 갖는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)는 도 9a 및 도 9c와 같이, 2.7GHz 및 6.9GHz 동작 주파수에서 이상적인 모노폴 안테나의 방사 패턴과 유사한 복사패턴을 나타내고 있음을 확인할 수 있다. 그러나, 도 9b에서 보듯이, 본 발명에 따른 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)는 5.1GHz 저지 주파수에서는 방사가 제대로 되지 않는다. 저지 대역에서의 보우타이형 광대역 모노폴 안테나의 방사 이득은 다른 동작 주파수보다 x-y 평면에서 대략 5 ∼ 10 dB이상 크게 감소하였다.
도 10에는 2.7GHz-6.9GHz 주파수 범위에 대하여 x-y 평면에서 측정된 본 발명 안테나의 평균이득을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명 안테나의 평균이득은 2개의 저지 피크를 가지고 있고, 단일 슬롯을 갖는 안테나와 비교할 때 넓은 저지 대역폭을 갖고 있다. 또한 본 발명의 안테나는 단일 슬롯을 갖는 안테나와 비교할 때 넓은 저지 대역폭과 예리한 스커트(shirt) 특성을 갖는 향상된 대역 저지 특성을 나타낸다.
본 발명에서는, 광대역 특성을 나타내는 보우타이형 패치(10)에 급전선로(30)로 전자기적인 결합을 통해 급전하고, 추가적으로 반원모양의 기생 접지면(20)을 추가함으로써 안테나의 광대역 특성을 향상시켰다. 또한, 본 발명의 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)의 보우타이형 패치(10)에서 가로 길이는 반파장 주파수에서 공진을 일으켜 3 GHz대역에서 광대역 공진 특성을 나타내므로 안테나의 하한 주파수를 결정하는 변수가 되고, 보우타이형 패치(10)와 반원 모양의 기생 접지면(20)과의 간격은 임피던스 정합에 대한 변수로 작용한다. 보우타이형 광대역 모노폴 안테나(200)의 동작 주파수는 정재파비 2.0 이하를 기준으로 2.7 GHz에서 6.9 GHz로 대역폭비 1.56:1을 갖는다.
본 발명은 두 주파수 대역의 공진을 위한 결합 소자를 이용한 대역저지 필터 개념을 안테나에 적용하여, 안테나의 방사체에 대역저지 특성을 갖는 두 개의 제1 및 제2 수평 슬롯을 삽입한 구조를 제안하였다. 두 제1 및 제2 슬롯간의 간격과 두 제1 및 제2 슬롯의 중앙에 추가로 삽입된 작은 제3 및 제4 슬롯의 높이를 조절함으로써 두 제1 및 제2 슬롯간의 상호 결합량을 조절할 수 있었다. 이는 개념적으로 안테나와 대역저지 필터가 결합된 구조가 된다.
또한, 두 제1 및 제2 슬롯 간의 상호 결합량을 조절함으로써 대역저지 특성을 개선시키는 방법을 이용하여 기존에 연구되었던 광대역 안테나 및 UWB 안테나의 대역저지 특성을 개선시킬 수 있을 것이다.
상기한 구성을 갖는 본 발명에 따른 광대역 모노폴 안테나는, 5 GHz 대역에서 향상된 대역저지 특성을 나타내었다.
또한, 본 발명에 따른 대역저지 안테나는 두 개의 제1 및 제2 슬롯을 삽입함으로써 단일 슬롯을 삽입한 것에 비해 넓은 저지 대역폭과 향상된 스커트 특성을 나타내었다. 즉, 복사패턴을 측정한 결과를 살펴볼 때, 동작 주파수에서 이상적인 모노폴 안테나와 유사한 복사 패턴을 나타내었고, 저지 대역인 5.1 GHz에서 평균이 득은 x-y평면을 기준으로 두 개의 대역 저지 점을 갖으며 단일 슬롯을 이용한 기존에 연구된 안테나 보다 넓은 대역저지 폭을 갖는다.

Claims (5)

  1. 접지면;
    상기 접지면에 수직으로 설치되며 사각판 형상의 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 일측면에 형성되며 광대역 방사 특성을 얻기 위한 보우타이형 패치;
    상기 보우타이형 패치에 차단하고자 하는 주파수의 반파장 길이로 설정되며 서로 평행하게 간격을 두고 배치된 제1 및 제2 슬롯;
    상기 유전체 기판의 일측면에 하단부가 상기 접지면과 접촉하며 상단부가 반원 형태로 상기 보우타이형 패치와 간격을 두고 형성되어 추가적인 광대역 공진을 형성하기 위한 기생 접지면; 및
    상기 유전체 기판의 타측면에 형성되며 상기 보우타이형 패치의 중앙으로 간접결합 방식으로 급전하기 위한 급전선로;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보우타이형 패치에 형성된 제1 및 제2 슬롯의 중간에 각각 외측방향으로 사각형상으로 연장 형성되어 상기 제1 및 제2 슬롯에 의해 등가적으로 형성되는 제1 및 제2 대역저지 공진기 간의 상호 결합량을 조절하기 위한 제3 및 제4 슬롯을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보우타이형 패치의 가로 길이는 첫 공진 주파수의 반파장 크기이며, 광대역 모노폴 안테나의 하한 주파수를 결정하는 것을 특징으로 하는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 슬롯 간의 간격이 좁아질수록 상호 결합량은 커지고, 상기 제3 및 제4 슬롯의 높이가 증가할수록 결합량은 작아지는 것을 특징으로 하는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 슬롯은 등가적으로 동일한 대역저지 공진주파수를 갖는 제1 및 제2 대역저지 공진기를 형성하도록 설정하고, 상기 제1 및 제2 대역저지 공진기를 상호 결합시킴에 의해 2단 대역저지 필터를 형성하며, 공진기 간의 상호 결합량을 변화시킴에 의해 대역저지 대역폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 보우타이형 광대역 모노폴 안테나.
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