KR100888605B1 - Broadband fractal antenna - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 공진 광대역 프랙탈 안테나에 관한 것으로, 역브이 모양(∧)의 프랙탈 구조를 가진 도체가 반복하여 배열됨으로써 소정의 기하학 도형으로 형상화된 복사소자; 상기 복사소자에 전자기파를 공급하는 급전부; 및 상기 복사소자와 급전부가 부착되는 유전체부를 포함하는 안테나를 제공함으로써, 단위 면적당 안테나 면적의 크기를 극대화하고, 이를 통한 안테나 복사효율을 증가시킬 수 있으며, 파장대비 소형화된 안테나를 구현할 수 있게 되므로 다중 주파수 대역에서 사용 가능한 광대역 안테나를 초소형으로 구성할 수 있다.The present invention relates to a multi-resonant broadband fractal antenna, comprising: a radiation element shaped into a predetermined geometric figure by repeatedly arranging conductors having an inverted V-shaped fractal structure; A power supply unit supplying electromagnetic waves to the radiation device; And by providing an antenna comprising a dielectric portion to which the radiation element and the feeder is attached, maximizing the size of the antenna area per unit area, thereby increasing the antenna radiation efficiency, it is possible to implement a miniaturized antenna for wavelength multiple The broadband antenna that can be used in the frequency band can be configured in a small size.

Description

광대역 프랙탈 안테나{Broadband fractal antenna}Broadband fractal antenna

도 1은 종래의 평판형 역에프 안테나의 구조를 도시한 것이다.Figure 1 shows the structure of a conventional planar inverted F antenna.

도 2는 종래의 미앤더 라인 안테나의 구조를 도시한 것이다.Figure 2 shows the structure of a conventional meander line antenna.

도 3 및 도 4는 종래의 힐버트 격자구조 모노폴 안테나의 정면도 및 측면도이다.3 and 4 are a front view and a side view of a conventional Hilbert lattice monopole antenna.

도 5는 종래의 힐버트 격자구조 모노폴 안테나의 주파수별 반사계수를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the reflection coefficient for each frequency of the conventional Hilbert lattice monopole antenna.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 1 실시예의 구성을 도시한 정면도 및 측면도이고, 도 8은 도 6에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.6 and 7 are respectively a front view and a side view showing the configuration of the first embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 8 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 9는 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 2 실시예의 구성을 도시한 정면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.9 is a front view showing the configuration of a second embodiment of a broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 10 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 11은 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 3 실시예의 구성을 도시한 정면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.FIG. 11 is a front view showing the configuration of a third embodiment of a broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 12 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 13은 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 4 실시예의 구성을 도시한 정면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.FIG. 13 is a front view showing the configuration of the fourth embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 14 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 15 및 도 16은 각각 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 5 실시예 의 구성을 도시한 정면도 및 측면도이고, 도 17은 도 15에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.15 and 16 are front and side views respectively showing the configuration of the fifth embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 17 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 18 및 도 19는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 1 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다.18 and 19 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the first embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG.

도 20 및 도 21은 도 9에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 2 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다.20 and 21 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the second embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG.

도 22 및 도 23은 도 11에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 3 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다.22 and 23 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the third embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG.

도 24 및 도 25는 도 13에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 4 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다.24 and 25 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the fourth embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG.

도 26 및 도 27은 도 15에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 5 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다.26 and 27 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the fifth embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG.

본 발명은 광대역 안테나에 관한 것으로, 특히 다중 주파수 대역에서 공진하면서 크기는 소형인 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a wideband antenna, and more particularly, to an antenna having a small size while resonating in a multiple frequency band.

도 1은 종래의 평판형 역에프 안테나의 구조를 도시한 것이다. 평판형 역에프 안테나는 그라운드(110), 방사 안테나 도체(120), 급전부(130), 및 단락부(140)로 구성된다. Figure 1 shows the structure of a conventional planar inverted F antenna. The planar inverted F antenna is composed of a ground 110, a radiating antenna conductor 120, a power feeding unit 130, and a short circuit 140.

평판형 역에프 안테나(Planar Inverted F Antenna)는 회로기판으로부터 공급되는 전류가 급전부(130)를 통해서 방사 안테나 도체(120)에 전달되고, 방사 안테나 도체(120)를 순환한 전류가 다시 단락부(140)을 통하여 회로 기판으로 들어오게 되면서, 회로 전송 라인이 형성되는데 이 회로 전송 라인으로 인하여 공기 중의 전파를 수신하거나, 공기 중으로 전파를 방사하게 된다. 급전부(130)는 회로기판으로부터 방사 안테나 도체(120)로 전류 또는 전자기파가 공급되는 통로이다. 단락부(140)는 방사 안테나 도체(120) 중간 부분에서 그라운드(110)로 단락시켜주는 역할을 한다. 그라운드(110)는 평판형 역에프 안테나의 공통 전압 기준점으로 사용되는 부분이다. 평판형 역에프 안테나는 급전부(130)과 단락부(140) 사이의 거리와 형태 등에 따라 상이한 공진 특성을 갖게 된다. 평판형 역에프 안테나에서는 다중 공진 특성을 구현하기 위해서 방사 안테나 도체(120)의 형태를 여러 개의 서로 다른 크기로 나누어 합성한다. 그러나 여러 개의 방사 안테나 도체를 합성하는 경우 안테나 복사효율의 급격한 감소와 이득 감소 등의 문제를 가지고 있었다.In the planar inverted F antenna, a current supplied from a circuit board is transmitted to the radiation antenna conductor 120 through the feeder 130, and the current circulating through the radiation antenna conductor 120 is short-circuited again. As it enters the circuit board through 140, a circuit transmission line is formed, which receives radio waves in the air or radiates the radio waves into the air. The power supply unit 130 is a path through which current or electromagnetic waves are supplied from the circuit board to the radiation antenna conductor 120. The shorting part 140 serves to short-circuit the ground 110 in the middle of the radiating antenna conductor 120. Ground 110 is a portion used as a common voltage reference point of the planar inverse F antenna. The planar inverted F antenna has different resonance characteristics according to the distance and shape between the power supply unit 130 and the short circuit unit 140. In the planar inverse F antenna, the shape of the radiating antenna conductor 120 is divided into several different sizes and synthesized in order to realize multiple resonance characteristics. However, when synthesizing multiple radiating antenna conductors, there were problems such as drastic reduction of antenna radiation efficiency and reduction of gain.

도 2는 종래의 미앤더 라인(meander line) 안테나의 구조를 도시한 것이다. 미앤더 라인 안테나는 수직한 마이크로스트립(microstrip)을 'ㄷ'형태로 구부림으 로써 소형화한 안테나이다. 'ㄷ'형태로 구부리는 횟수가 많아질수록 광대역 특성을 얻을 수 있다. 미앤더 라인 안테나 역시 평판형 역에프 안테나와 마찬가지의 문제점이 있었다. 한편, 적층형 패치 안테나 구조를 이용한 다중 공진 안테나의 경우 서로 다른 크기의 복사소자를 위 아래 방향으로 배열하여 사용하는 구조이기 때문에 안테나의 크기가 커지는 문제점이 있으며, 구조적인 한계로 인하여 3중 공진 이상의 다중 대역 안테나로 사용하기에는 적합하지 않은 문제점이 있다.2 illustrates the structure of a conventional meander line antenna. The meander line antenna is a miniaturized antenna by bending a vertical microstrip into a 'c' shape. As the number of bends in the 'c' form increases, broadband characteristics may be obtained. The meander line antenna also had the same problem as the flat type antenna. On the other hand, the multi-resonant antenna using a stacked patch antenna structure has a problem that the size of the antenna is increased because the structure is used by arranging the radiating elements of different sizes in the up and down direction, due to the structural limitations multi-resonance multiple There is a problem that is not suitable for use as a band antenna.

도 3 및 도 4는 종래의 힐버트 격자구조 모노폴 안테나의 정면도 및 측면도이다. 힐버트 모노폴 안테나는 유전체 위에 위치하고 있으며, 급전부에 의해서 전자기파가 공급된다. 힐버트(hilbert) 모노폴 안테나는 힐버트 곡선(hilbert curve)로 알려져 있는 연속적인 프랙탈 공간 채움 곡선(space-filling curve)의 형태로 형성되어 있다.3 and 4 are a front view and a side view of a conventional Hilbert lattice monopole antenna. The Hilbert monopole antenna is located on the dielectric, and electromagnetic waves are supplied by the feeder. The Hilbert monopole antenna is formed in the form of a continuous fractal space-filling curve known as the Hilbert curve.

도 5는 종래의 힐버트 격자구조 모노폴 안테나의 주파수별 반사계수를 나타낸 그래프이다. 반사계수(S11)가 -10dB 이하이면, 일반적으로 수신이 양호하다고 받아들여진다. 도 5를 참조하면, 1.5GHz에서 공진이 발생하기는 하지만, 반사계수가 -10dB 이하인 주파수의 폭이 좁은 것을 알 수 있다. 즉, 힐버트 격자구조 모노폴 안테나의 경우 다중 공진 주파수 특성은 구현할 수 있으나 각각의 공진 주파수 대역이 좁게 형성되고, 안테나를 소형화할수록 공진 주파수의 대역이 좁아지게 되고, 안테나의 효율도 낮아지게 되는 문제점이 있었다.5 is a graph showing the reflection coefficient for each frequency of the conventional Hilbert lattice monopole antenna. If the reflection coefficient S11 is -10 dB or less, it is generally accepted that reception is good. Referring to FIG. 5, although resonance occurs at 1.5 GHz, it can be seen that the width of the frequency whose reflection coefficient is -10 dB or less is narrow. That is, in the case of the Hilbert lattice monopole antenna, the multiple resonant frequency characteristics can be realized, but each resonant frequency band is narrower, and the smaller the antenna, the narrower the resonant frequency band and the lower the antenna efficiency. .

종래의 도 1 내지 도 4에 도시된 안테나들은 도 5에서 살펴본 바와 같이 파장과 대비하여 소형의 크기로 다중 공진의 특성을 가지지 못함과 동시에 유효한 대 역폭을 확보하지 못한다는 문제점이 있었다.As shown in FIG. 5, the conventional antennas illustrated in FIGS. 1 to 4 do not have multiple resonance characteristics at a small size as compared to the wavelength and do not secure an effective bandwidth.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 파장 대비 소형화된 크기를 가지고, 다중 주파수 대역에서 사용 가능한 광대역 안테나를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a wideband antenna having a size smaller than a wavelength and usable in multiple frequency bands.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나는 역브이 모양(∧)의 프랙탈 구조를 가진 도체가 반복하여 배열됨으로써 소정의 기하학 도형으로 형상화된 복사소자; 상기 복사소자에 전자기파를 공급하는 급전부; 및 상기 복사소자와 급전부가 부착되는 유전체부를 포함한다.The broadband fractal antenna according to the present invention for solving the above technical problem is a radiation element shaped into a predetermined geometric figure by repeatedly arranging conductors having an inverted V-shaped fractal structure; A power supply unit supplying electromagnetic waves to the radiation device; And a dielectric part to which the radiation element and the power feeding part are attached.

프랙탈 구조란 전체 구조를 구성하는 부분들이 상기 전체 구조와 비슷한 형상를 취하는 구조를 말한다. 즉, 자기 유사성을 갖는 기하학적 구조를 프랙탈 구조라고 한다. 프랙탈 구조는 부분과 전체가 똑같은 모양을 하고 있다는 자기 유사성(self-similarity)과 순환성(recursiveness)이라는 속성을 갖고 있다.The fractal structure refers to a structure in which the parts constituting the entire structure take a shape similar to the entire structure. In other words, a geometric structure having self similarity is called a fractal structure. Fractal structure has the property of self-similarity and recursiveness that part and whole have the same shape.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 1 실시예의 구성을 도시한 정면도 및 측면도이고, 도 8은 도 6에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.6 and 7 are respectively a front view and a side view showing the configuration of the first embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 8 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나는 프랙탈 복사소자(610), 급전부(620), 그라운드부(630), 및 유전체부(640)로 구성된다.6 and 7, the broadband fractal antenna according to the present invention includes a fractal radiating element 610, a feeding part 620, a ground part 630, and a dielectric part 640.

프랙탈 복사소자(610)는 역브이(∧) 모양의 프랙탈 구조가 반복적으로 배열되어 원형으로 형상화된 복사소자이다. 상기 복사소자(radiating element)란 자체 적으로 전파를 복사하거나 수신할 수 있는 안테나의 기본적인 부분을 말한다. 프랙탈 복사소자(610)는 역브이(∧) 모양의 프랙탈 구조를 소정의 횟수만큼 차원 분할한 후, 반복적으로 배열하여 원형을 형성할 수도 있다. 상기 차원 분할에 의해서 형성되는 구조는 안테나의 실효길이가 여러 개의 공진 주파수의 파장과 연관성을 가지도록 설계할 수 있도록 하여 파장 대비 소형 안테나로 만들고, 복사 효율을 극대화시키면서 광대역을 만족하는 구조의 설계를 가능하게 한다. 도 6 및 도 7에 도시된 프랙탈 복사소자(610)는 1회 차원분할된 역브이 모양을 반복적으로 배열하여 원형을 형성한 것이다. 도 6 및 도 7에 도시된 프랙탈 복사소자는 폐루프로 형성되었으나 개루프로 형성될 수도 있다. 프랙탈 복사소자(610)는 유전체부(640)의 전면에 위치하고, 급전부(620)와 연결된다. 프랙탈 복사소자(610)의 전체 크기는 1GHz 주파수의 파장에 대한 일반적인 복사소자의 유효 길이를 15cm라고 할 때 40mm*40mm 이내가 될 수 있다.The fractal radiating element 610 is a radiating element having an inverted V-shaped fractal structure repeatedly arranged in a circle. The radiating element refers to a basic part of an antenna capable of radiating or receiving radio waves by itself. The fractal radiating element 610 may dimensionally divide the inverted V-shaped fractal structure by a predetermined number of times, and then repeatedly arrange the fractal structure to form a circle. The structure formed by the dimensional partitioning allows the effective length of the antenna to be designed to correlate with the wavelength of several resonant frequencies, making it a small antenna for the wavelength, and maximizing the radiation efficiency while designing a structure that satisfies the broadband. Make it possible. The fractal radiating elements 610 illustrated in FIGS. 6 and 7 form a circle by repeatedly arranging inverted V shapes divided once once. Although the fractal radiating elements illustrated in FIGS. 6 and 7 are formed as closed loops, they may be formed as open loops. The fractal radiating element 610 is positioned in front of the dielectric part 640 and is connected to the feeding part 620. The overall size of the fractal radiating element 610 may be within 40mm * 40mm when an effective length of a general radiating element for a wavelength of 1 GHz frequency is 15cm.

급전부(620)는 프랙탈 복사소자(610)에 전자기파가 공급되는 통로이다. 급전부(620)는 유전체부(640)의 전면에 위치하고, 프랙탈 복사소자(610)에 연결된다.The power supply unit 620 is a path through which electromagnetic waves are supplied to the fractal radiation element 610. The feed part 620 is located in front of the dielectric part 640 and is connected to the fractal radiating element 610.

그라운드부(630)는 공통의 전위 기준점으로 되는 부분이다. 그라운드부(630)는 유전체부(640)의 후면에 위치하고, 프랙탈 복사소자(610)가 위치한 유전체부(640)의 후면에는 위치하지 아니한다. 그라운드부(630)는 프랙탈 복사소자(610)가 장착되는 통신 장비(휴대폰 또는 통신 단말)에 도체로 구성된 외부 케이스를 형상화한 것이다.The ground portion 630 is a portion that serves as a common potential reference point. The ground part 630 is located at the rear of the dielectric part 640 and is not located at the rear of the dielectric part 640 in which the fractal radiating element 610 is located. The ground unit 630 is a shape of an outer case formed of a conductor in a communication device (mobile phone or communication terminal) on which the fractal radiating element 610 is mounted.

유전체부(640)는 전자기파가 전계와 자계를 구성하면서 진행하는 통로이다. 유전체부(640)에는 급전부(620), 그라운드부(630), 및 프랙탈 복사소자(610)가 연결되어 있다. 유전체부(640)는 마이크로스트립(microstrip) 기판일 수 있다. 마이크로스트립 기판은 흔히 구할 수 있는 재질의 저가 마이크로스트립 기판(FR4 또는 굴곡성이 우수한 얇은 필름 형태)이 될 수 있다. The dielectric part 640 is a path through which electromagnetic waves progress while forming an electric field and a magnetic field. The dielectric part 640 is connected to a feeding part 620, a ground part 630, and a fractal radiating element 610. The dielectric portion 640 may be a microstrip substrate. The microstrip substrate can be a low cost microstrip substrate (FR4 or thin film form with excellent flexibility) of commonly available materials.

이하, 프랙탈 복사소자를 제외한 제 2 실시예 내지 제 4실시예를 구성하는 급전부, 그라운드부, 유전체부는 제 1 실시예를 구성하는 급전부, 그라운드부, 유전체부와 기능과 작용이 동일하므로, 프랙탈 복사소자를 제외한 나머지 구성에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다. 제 2 실시예 내지 제 4 실시예에서의 안테나도 도 7과 같은 구조와 동일하게 유전체부의 양면에 구성된다.Hereinafter, since the power supply unit, the ground unit, and the dielectric unit constituting the second to fourth embodiments except for the fractal radiation element have the same functions and functions as the power supply unit, the ground unit, and the dielectric unit constituting the first embodiment, Detailed description of the configuration except for the fractal radiating element will be omitted. The antennas in the second to fourth embodiments are also formed on both surfaces of the dielectric part in the same manner as in FIG.

도 9는 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 2 실시예의 구성을 도시한 정면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.9 is a front view showing the configuration of a second embodiment of a broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 10 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나는 프랙탈 복사소자(910), 급전부(920), 그라운드부(930), 및 유전체부(940)로 구성된다.Referring to FIG. 9, the broadband fractal antenna according to the present invention includes a fractal radiating element 910, a feeding part 920, a ground part 930, and a dielectric part 940.

프랙탈 복사소자(910)는 역브이(∧) 모양의 프랙탈 구조가 반복적으로 배열되어 원형으로 형상화된 복사소자들이 서로 다른 크기로 소정의 갯수만큼 존재하고, 상기 복사소자들이 동심원의 형태로 구성되어 있다. 프랙탈 복사소자(910)는 역브이(∧) 모양의 프랙탈 구조를 소정의 횟수만큼 차원 분할한 후, 반복적으로 배열하여 원형으로 형성될 수도 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 프랙탈 복사소자(910)는 1회 차원분할된 역브이 모양을 반복적으로 배열하여 원형으로 형상화된 5개의 복사소자들로 구성되어 있다. 도 9 및 도 10에 도시된 프랙탈 복사소자(910)는 폐 루프로 형성되었으나 개루프로 형성될 수도 있다. 프랙탈 복사소자(910)는 유전체부(940)의 전면에 위치하고, 급전부(920)와 연결된다. 프랙탈 복사소자(910)를 구성하는 상기 복사소자들은 하나의 급전부(920)에 의하여 급전된다.In the fractal radiating element 910, an inverted V-shaped fractal structure is repeatedly arranged so that circularly shaped radiating elements exist in a predetermined number in different sizes, and the radiating elements are formed in the form of concentric circles. . The fractal radiating element 910 may be formed in a circular shape by repeatedly dividing the reverse V-shaped fractal structure by a predetermined number of times. The fractal radiating elements 910 illustrated in FIGS. 9 and 10 are composed of five radiating elements formed in a circular shape by repeatedly arranging the inverted V shape divided once once. The fractal radiating element 910 illustrated in FIGS. 9 and 10 is formed as a closed loop but may be formed as an open loop. The fractal radiating element 910 is located in front of the dielectric part 940 and is connected to the feeding part 920. The radiating elements constituting the fractal radiating element 910 are fed by a single feeding part 920.

도 11은 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 3 실시예의 구성을 도시한 정면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.FIG. 11 is a front view showing the configuration of a third embodiment of a broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 12 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나는 프랙탈 복사소자(1110), 급전부(1120), 그라운드부(1130), 및 유전체부(1140)로 구성된다.Referring to FIG. 11, the broadband fractal antenna according to the present invention includes a fractal radiating element 1110, a power feeding unit 1120, a ground unit 1130, and a dielectric unit 1140.

프랙탈 복사소자(1110)는 역브이(∧) 모양의 프랙탈 구조가 반복적으로 배열되어 사각형으로 형상화된 복사소자라는 점이 제 1 실시예와의 차이점이고, 다른 기능과 작용은 동일하다. The fractal radiating element 1110 is different from the first embodiment in that the reverse V-shaped fractal structure is repeatedly arranged and shaped into a rectangle, and the other functions and functions are the same.

도 13은 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 4 실시예의 구성을 도시한 정면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.FIG. 13 is a front view showing the configuration of the fourth embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 14 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나는 프랙탈 복사소자(1310), 급전부(1320), 그라운드부(1330), 및 유전체부(1340)로 구성된다.Referring to FIG. 13, the broadband fractal antenna according to the present invention includes a fractal radiating element 1310, a power feeding unit 1320, a ground unit 1330, and a dielectric unit 1340.

프랙탈 복사소자(1310)는 역브이(∧) 모양의 프랙탈 구조가 반복적으로 배열되어 사각형으로 형상화된 복사소자들로 구성되어 있다는 점이 제 2 실시예와의 차이점이고, 다른 기능과 작용은 동일하다.The fractal radiating element 1310 is different from the second embodiment in that an inverted V-shaped fractal structure is repeatedly arranged to form a rectangular shape, and other functions and functions are the same.

도 15 및 도 16은 각각 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 5 실시예의 구성을 도시한 정면도 및 측면도이고, 도 17은 도 15에 도시된 프랙탈 복사소자의 확대도이다.15 and 16 are front and side views respectively showing the configuration of the fifth embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention, and FIG. 17 is an enlarged view of the fractal radiating element shown in FIG.

도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나는 프랙탈 복사소자(1510), 급전부(1520), 그라운드부(1530), 및 제 1 유전체부(1540)로 구성된다. 프랙탈 복사소자(1510)는 제 1 프랙탈 복사소자(1511), 제 2 유전체부(1512), 및 제 2 프랙탈 복사소자(1513)로 구성된다.15 and 16, the broadband fractal antenna according to the present invention includes a fractal radiating element 1510, a power feeding unit 1520, a ground unit 1530, and a first dielectric unit 1540. The fractal radiating element 1510 is composed of a first fractal radiating element 1511, a second dielectric portion 1512, and a second fractal radiating element 1513.

제 1 프랙탈 복사소자(1511)는 역브이(∧) 모양의 프랙탈 구조가 반복적으로 배열되어 원형으로 형상화된 복사소자들이 서로 다른 크기로 소정의 갯수만큼 존재하고, 상기 복사소자들이 동심원의 형태로 구성되어 있다. 도 17을 참조하면, 가장 바깥쪽에 있는 복사소자를 제 1 복사소자라고 했을 때, 제 1 복사소자, 제 2 복사소자 및 제 3 복사소자와 제3 복사소자보다 직경이 더 작은 두 개의 복사소자들이이 제 1 프랙탈 복사소자(1511)를 구성한다. 상기 제 1 내지 3 복사소자는 도체이다.In the first fractal radiating element 1511, reverse V-shaped fractal structures are repeatedly arranged so that circularly shaped radiating elements exist in a predetermined number in different sizes, and the radiating elements are formed in the form of concentric circles. It is. Referring to FIG. 17, when the outermost radiating element is called a first radiating element, two radiating elements having a diameter smaller than that of the first radiating element, the second radiating element, and the third radiating element and the third radiating element are described. A first fractal radiating element 1511 is formed. The first to third radiation elements are conductors.

제 2 유전체부(1512)는 제 1 프랙탈 복사소자(1511) 중 제 3 복사소자에 의해 지지된다. 제 2 유전체부(1512)는 제 1 유전체부(1540)의 유전률과 다르게 할 수 있다.The second dielectric portion 1512 is supported by a third radiating element of the first fractal radiating element 1511. The second dielectric part 1512 may be different from the dielectric constant of the first dielectric part 1540.

제 2 프랙탈 복사소자(1513)는 제 2 유전체부(1512) 위에 위치하고 있으며, 제 4 복사소자, 제 5 복사소자, 및 제 6 복사소자로 구성된다. 도체로부터 상기 제 1 복사소자, 상기 제 2 복사소자, 및 상기 제 3 복사소자를 제거한 후 남아 있는 부분으로 상기 제 4 복사소자, 상기 제 5 복사소자, 및 상기 제 6 복사소자를 만들 수 있다. 상기 제 4 내지 6 복사소자는 도체이다.The second fractal radiating element 1513 is positioned on the second dielectric portion 1512 and includes a fourth radiating element, a fifth radiating element, and a sixth radiating element. The fourth radiation element, the fifth radiation element, and the sixth radiation element may be made of a portion remaining after removing the first radiation element, the second radiation element, and the third radiation element from the conductor. The fourth to sixth radiating elements are conductors.

상기 제 1 내지 제 3 복사소자는 역브이(∧) 모양의 프랙탈 구조를 소정의 횟수만큼 차원 분할한 후, 반복적으로 배열하여 원형으로 형상화될 수 있다. 상기 제 4 내지 제 6 복사소자는 상기 차원분할된 제 1 내지 제 3 복사소자를 소정의 도체에서 제거한 후 남아 있는 부분으로 만들 수 있다. 도 15 및 도 17에 도시된 프랙탈 복사소자(1510)는 1회 차원분할된 역브이 모양의 프랙탈 구조를 나타내고 있다. 도 15 및 도 17에 도시된 프랙탈 복사소자는 폐루프로 형성되었으나 개루프로 형성될 수도 있다. 프랙탈 복사소자(1510)는 제 1 유전체부(1540)의 전면에 위치하고, 급전부(1520)와 연결된다. 제 1 프랙탈 복사구조(1511)의 복사소자들은 하나의 급전부(1520)에 의해 연결된다.The first to third radiating elements may be dimensionally divided into an inverted V-shaped fractal structure by a predetermined number of times, and then repeatedly arranged in a circular shape. The fourth to sixth radiating elements may be made into a portion remaining after removing the dimensionally divided first to third radiating elements from a predetermined conductor. The fractal radiating element 1510 shown in FIGS. 15 and 17 shows a fractal structure having an inverted V shape once dimensioned. The fractal radiating elements shown in FIGS. 15 and 17 are formed as closed loops but may be formed as open loops. The fractal radiating element 1510 is positioned in front of the first dielectric part 1540 and is connected to the feeding part 1520. The radiating elements of the first fractal radiating structure 1511 are connected by one feeder 1520.

도 18 및 도 19는 도 6에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 1 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다.18 and 19 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the first embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG.

일반적으로 반사계수가 -10dB 이하이면, 수신이 양호하다고 받아들여진다. 안테나는 기본적으로 포트가 입력포트 하나뿐인 1포트 장치이다. 따라서 안테나에서는 입력 반사계수를 의미하는 S11값으로부터 안테나의 특성을 파악할 수 있다. 원하는 주파수에서 S11이 더 밑으로 깊게 파일수록 안테나의 복사효율이 높고 매칭도 잘 되었다는 의미이며, 푹 파인 계곡이 넓을수록 안테나가 다룰 수 있는 주파수의 대역폭이 넓다는 의미이다. 도 18을 참조하면, 공진 주파수가 1GHz이고 -10dB 이하의 반사계수를 갖는 주파수의 폭은 약 250MHz 정도임을 알 수 있다.In general, if the reflection coefficient is -10 dB or less, it is accepted that reception is good. An antenna is basically a one-port device with only one input port. Therefore, the antenna can determine the characteristics of the antenna from the S11 value representing the input reflection coefficient. The deeper the S11 at the desired frequency, the higher the radiant efficiency of the antenna and the better the matching. The wider the valley, the wider the bandwidth the antenna can handle. Referring to FIG. 18, it can be seen that the resonant frequency is about 1 MHz and the width of the frequency having a reflection coefficient of about −10 dB or less is about 250 MHz.

안테나에서의 이득은 최대전계 방향을 기준으로 등방성(isotropic)의 복사패턴을 대비한 비율을 의미한다. 따라서 안테나의 이득이 크다는 의미는 전자파를 전달하기를 원하는 특정방향으로 더욱 강한 전자기파를 보낼 수 있다는 의미이다. 도 19를 참조하면 공진주파수인 1GHz 근방에서 0dB에 가까운 큰 이득값을 가지는 것을 알 수 있다.The gain at the antenna refers to the ratio of the isotropic radiation pattern to the maximum electric field direction. Therefore, the greater the gain of the antenna means that the stronger electromagnetic waves can be sent in a specific direction to transmit electromagnetic waves. Referring to FIG. 19, it can be seen that a large gain value close to 0 dB is obtained near the resonance frequency of 1 GHz.

도 20 및 도 21은 도 9에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 2 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 20을 참조하면, 공진 주파수는 1GHz, 2GHz, 및 약 2.35GHz이므로 다중 공진이고, -10dB 이하의 반사계수를 갖는 주파수는 800MHz부터 2.4GHz 사이이다. 도 21을 참조하면, 상기 주파수 폭 800MHz부터 2.4GHz 사이에서는 0dB에 가까운 큰 이득값을 가진다.20 and 21 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the second embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 20, since the resonant frequencies are 1 GHz, 2 GHz, and about 2.35 GHz, multiple resonances are performed, and frequencies having a reflection coefficient of -10 dB or less are between 800 MHz and 2.4 GHz. Referring to FIG. 21, a large gain value close to 0 dB is obtained between the frequency width 800 MHz and 2.4 GHz.

도 22 및 도 23은 도 11에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 3 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 22를 참조하면, 공진 주파수는 약 0.9GHz이고, -10dB 이하의 반사계수를 갖는 주파수 폭은 약 250MHz이다. 도 23을 참조하면, 공진주파수인 0.9GHz 근방에서 0dB에 가까운 큰 이득값을 가지는 것을 알 수 있다.22 and 23 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the third embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 22, the resonant frequency is about 0.9 GHz, and the frequency width having the reflection coefficient of -10 dB or less is about 250 MHz. Referring to FIG. 23, it can be seen that a large gain value close to 0 dB is obtained near 0.9 GHz, which is a resonance frequency.

도 24 및 도 25는 도 13에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 4 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 24를 참조하면, 공진 주파수는 1GHz와 2GHz 이므로 다중 공진이고, -10dB 이하의 반사계수를 갖는 주파수는 800MHz부터 2.4GHz 사이이다. 도 25를 참조하면, 상기 주파수 폭 800MHz부터 2.4GHz 사이에서는 0dB에 가까운 큰 이득값을 가진다.24 and 25 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the fourth embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 24, since the resonant frequencies are 1 GHz and 2 GHz, multiple resonances are performed, and a frequency having a reflection coefficient of -10 dB or less is between 800 MHz and 2.4 GHz. Referring to FIG. 25, a large gain value close to 0 dB is obtained between the frequency width 800 MHz and 2.4 GHz.

도 26 및 도 27은 도 15에 도시된 본 발명에 따른 광대역 프랙탈 안테나의 제 5 실시예에 있어서의 주파수와 반사계수와의 관계 및 주파수와 이득과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 26을 참조하면, 공진 주파수는 1GHz, 2GHz, 및 약 2.35GHz이므로 다중 공진이고, -10dB 이하의 반사계수를 갖는 주파수는 800MHz부터 2.4GHz 사이이다. 도 27을 참조하면, 상기 주파수 폭 800MHz부터 2.4GHz 사이에서는 0dB에 가까운 큰 이득값을 가진다.26 and 27 are graphs showing the relationship between the frequency and the reflection coefficient and the relationship between the frequency and the gain in the fifth embodiment of the broadband fractal antenna according to the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 26, since the resonant frequencies are 1 GHz, 2 GHz, and about 2.35 GHz, multiple resonances are performed, and frequencies having a reflection coefficient of -10 dB or less are between 800 MHz and 2.4 GHz. Referring to FIG. 27, a large gain value close to 0 dB is obtained between the frequency width 800 MHz and 2.4 GHz.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

본 발명에 따르면, 안테나의 복사소자를 소정의 기하학 도형으로 형상화된 프랙탈 복사소자로 구성함으로써, 단위 면적당 안테나 면적의 크기를 극대화하고, 이를 통한 안테나 복사효율을 증가시킬 수 있으며, 파장대비 소형화된 안테나를 구현할 수 있게 되므로 다중 주파수 대역에서 사용 가능한 광대역 안테나를 초소형으로 구성할 수 있다.According to the present invention, by constituting the radiating element of the antenna as a fractal radiating element shaped into a predetermined geometric figure, it is possible to maximize the size of the antenna area per unit area, increase the antenna radiation efficiency through this, and to miniaturize the wavelength Since it is possible to implement a miniaturized broadband antenna that can be used in multiple frequency bands.

Claims (3)

역브이 모양(∧)의 프랙탈 구조를 가진 도체가 반복하여 배열됨으로써 소정의 도형으로 형상화된 복사소자;A radiation element shaped into a predetermined figure by repeatedly arranging conductors having an inverted V-shaped fractal structure; 상기 복사소자에 전자기파를 공급하는 급전부; 및A power supply unit supplying electromagnetic waves to the radiation device; And 상기 복사소자와 급전부가 부착되는 유전체부를 포함함을 특징으로 하는 광대역 프랙탈 안테나.And a dielectric portion to which the radiation element and the feeder are attached. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복사소자는 적어도 하나 이상의 서로 닯은 꼴인 도형들로 형상화된 도체들로 구성되고, 상기 도체들 중 제 1 도체 안에 상기 제 1 도체보다 작은 도체를 하나의 평면에 배치함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 프랙탈 안테나.The radiation element is composed of conductors shaped into at least one or more mutually shaped figures, and is formed by disposing a conductor smaller than the first conductor in one plane among the first conductors. Broadband Fractal Antenna. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복사소자는The radiating element is 적어도 하나 이상의 서로 닮은 꼴인 도형들로 형상화된 도체들로 구성되고, 상기 도체들 중 제 1 도체 안에 상기 제 1 도체보다 작은 도체를 하나의 평면에 배치함으로써 형성되는 제 1 복사소자;A first radiation element comprising conductors shaped into at least one or more similar figures, the first radiation element being formed by disposing a conductor smaller than the first conductor in one plane among the first conductors; 상기 제 1 복사소자 위에 위치하는 제 2 유전체부;A second dielectric part positioned on the first radiation element; 상기 제 2 유전체부 위에 위치하는 제 2 복사소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 프랙탈 안테나.And a second radiating element positioned on the second dielectric part.
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