KR100951228B1 - 안테나 - Google Patents

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KR100951228B1
KR100951228B1 KR1020080044110A KR20080044110A KR100951228B1 KR 100951228 B1 KR100951228 B1 KR 100951228B1 KR 1020080044110 A KR1020080044110 A KR 1020080044110A KR 20080044110 A KR20080044110 A KR 20080044110A KR 100951228 B1 KR100951228 B1 KR 100951228B1
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dielectric substrate
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김현학
박종권
이정남
우석민
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Abstract

본 발명은, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 일면에 형성되는 방사부와, 일단이 상기 방사부에 연결되며, 타단은 외부의 급전라인과 연결되는 급전용 도전패턴과, 상기 급전용 도전패턴에 형성되는 제1 슬롯과, 상기 유전체 기판의 타면에 형성되는 접지면, 및 상기 접지면에 형성되는 제2 슬롯을 포함하는 안테나를 제공할 수 있다.
안테나(antenna), 필터(filter), 슬롯(slot)

Description

안테나{ANTENNA}
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정 대역의 주파수 신호를 송수신하는 방사체와 상기 방사체의 작동 주파수 신호 대역을 조절할 수 있는 필터가 일체로 형성된 안테나에 관한 것이다.
초광대역(UWB : Ultra Wide Band) 통신 시스템은 미국 국방부가 1960년대에 처음 군사적 목적으로 개발한 무선기술이다. 이러한 초광대역 통신 시스템은, 1 ~100 GHz 대역의 넓은 주파수 대역을 사용해 사용전력이 낮으며, 전송속도는 현재 가장 빠른 WLAN(Wireless Local Area Network) 표준인 IEEE 802.11a(54Mbps)보다 약 10배 이상 빠른 500 Mbps ~ 1 Gbps에 달한다.
최근 UWB 안테나의 경우 WLAN 주파수 대역과의 간섭을 회피하기 위해 WLAㅜ 주파수 대역(5~6 GHz)을 놋치시키는 UWB 노치 안테나가 발표되고 있다.
현재 안테나와 필터는 개별적인 소자로 제각기 제작되어 결합되게 된다. 이 는 안테나와 필터의 추가적인 비용이 소요되며, 각각 소자간의 임피던스 정합을 맞추어야 하며, 반사손실 및 그룹 딜레이 같은 안테나 특성 변화로 인해 추가적인 안테나 튜닝을 해야하는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 소형화 및 경량화가 가능하고, 제조 단가를 낮추도록 필터가 일체로 형성된 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 일면에 형성되는 방사부와, 일단이 상기 방사부에 연결되며, 타단은 외부의 급전라인과 연결되는 급전용 도전패턴과, 상기 급전용 도전패턴에 형성되는 제1 슬롯과, 상기 유전체 기판의 타면에 형성되는 접지면, 및 상기 접지면에 형성되는 제2 슬롯을 포함하는 안테나를 제공할 수 있다.
상기 방사부는, 초광대역(UWB : Ultra Wide Band) 주파수 대역특성을 가질 수 있다.
상기 방사부는, 패치(patch) 형태일 수 있다.
상기 제1 슬롯은, 상기 급전용 도전패턴을 복수개로 분리시키는 것일 수 있다.
상기 제1 슬롯은, 미앤더라인 형태일 수 있다.
상기 제2 슬롯은, 상기 급전용 도전패턴과 적어도 일부가 겹치도록 형성될 수 있다.
상기 제2 슬롯은, 상기 제1 슬롯이 형성된 위치와 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제2 슬롯은, 좌우 대칭을 이루는 형태일 수 있다.
상기 제2 슬롯은, 상기 대칭의 중심선이 상기 급전용 도전패턴과 대향하도록 형성될 수 있다.
상기 제2 슬롯은, 덤벨 형태일 수 있다.
상기 안테나는, 상기 방사부와 급전용 도전패턴의 사이에 형성된 스터브
를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 안테나의 소형화 및 경량화가 가능하고, 제조 단가를 낮 추도록 필터가 일체로 형성된 안테나를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 안테나의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 안테나(100)는, 유전체 기판(110), 방사부(120), 급전용 도전패턴(130), 제1 슬롯(140), 접지면(150), 및 제2 슬롯(160)을 포함할 수 있다.
상기 유전체 기판(110)은, 소정의 유전율을 가질 수 있다. 상기 유전율을 갖는 유전체 기판과 상기 기판의 일면에 형성된 급전용 도전패턴(130) 및 방사부(120)와 상기 기판의 타면에 형성된 접지면(150)에 의해 마이크로 스트립 안테나가 형성될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 유전체 기판(110)은 FR-4 를 포함할 수 있다.
상기 방사부(120)는, 소정의 주파수 대역 신호를 송수신할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 방사부(120)는 초광대역(UWB) 주파수 신호를 송수신할 수 있는 패치 형태일 수 있다. 상기 패치 형태의 방사부는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시형태의 경우, 상기 방사부는 변형된 사다리꼴 형태일 수 있다. 상기 방사부는 상부에서 하부로 갈수록 점점 폭이 좁아지는 형태를 가질 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(130)은, 일단이 외부의 급전라인에 연결되고 타단은 상기 방사부(120)에 연결될 수 있다. 상기 급전용 도전패턴(130)은 50 옴(ohm)의 저항을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 급전용 도전패턴 내의 저항값은, 상기 급전용 도전 패턴의 넓이 및 폭에 따라 조절될 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(130)은 상기 유전체 기판(110)의 일영역의 중심부에 형성될 수 있다. 본 실시형태에서는 직사각형태의 유전체 기판(110)의 일면의 중심부에 상기 급전용 도전 패턴(130)이 위치하도록 형성될 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(130)에는 제1 슬롯(140)이 형성될 수 있다. 상기 제1 슬롯(140)은, 상기 급전용 도전패턴(130)을 서로 다른 영역으로 이격시키는 슬롯일 수 있다. 본 실시형태에서는 두 개의 제1 슬롯(141, 142)이 형성되어 급전용 도전 패턴(130)은 세 개의 분리된 도전패턴(131, 132, 133)이 될 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(130)에 형성된 제1 슬롯(140)에 의해 상기 도전패턴(130)에는 인덕턴스 성분 및 캐패시턴스 성분이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 슬롯에 의해 분리된 급전용 도전패턴들(131, 132, 133) 사이에는 각각의 분리된 도전패턴들 사이의 전자기적 결합에 의해 캐패시턴스 성분이 생길 수 있다. 또한, 상기 급전용 도전패턴(130)을 흐르는 전류에 의해 인덕턴스 성분이 생길 수 있다. 이러한 캐패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분에 의해 상기 급전용 도전패턴(130)은 소정 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 필터로 작동될 수 있다. 본 실시형태에서는 제1 슬롯(140)에 의해 상기 급전용 도전패턴(130)은 상기 방사부(120)에 송수신되는 주파수 신호에 대해 고역 통과 필터(HPF:High Pass Filter)로 작동할 수 있다. 상기 제1 슬롯의 형태 및 갯수는 필요한 캐패시턴스 성분 및 인덕터 성분에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
상기 접지면(150)은 상기 유전체 기판(110)의 타면에 형성될 수 있다.
상기 접지면(150)은 외부의 접지라인에 연결되어 안테나의 접지부로 작동할 수 있다. 상기 접지면(150)은 상기 유전체 기판(110)의 일면에 형성된 급전용 도전패턴(130) 및 방사부(120)와 전자기적 결합에 의해 마이크로 스트립 안테나를 구성할 수 있다.
상기 접지면(150)에는 제2 슬롯(160)이 형성될 수 있다.
상기 제2 슬롯(160)은, 상기 유전체 기판의 일면에 형성된 급전용 도전패턴(130)과 일부가 겹치도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 제2 슬롯(161, 162)은, 상기 급전용 도전패턴(130) 상에 형성된 제1 슬롯(141, 142)에 대향하는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 상기 제2 슬롯(160)은, 상기 급전용 도전패턴(130)을 중심으로 좌우 대칭을 갖는 형태로 형성될 수 있다. 상기 대칭된 제2 슬롯의 중심선은 상기 급전용 도전패턴과 대향하는 위치에 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제2 슬롯(160)은 덤벨형태를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 덤벨의 형태는 다양하게 구현될 수 있다.
상기 제2 슬롯(160)은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 상기 제2 슬롯(160)에 의해 상기 접지면(150) 내에서 인덕턴스 성분 및 캐패시턴스 성분이 형성될 수 있다. 상기 인덕턴스 성분 및 캐패시턴스 성분에 의해 상기 접지면(150)은 상기 방사부에서 송수신되는 주파수 신호에 대해 저역 통과필터(LPF : Low Pass Filter)로 작동할 수 있다.
도 2의 (a) 및 (b)는, 각각 본 발명의 급전용 도전라인에 형성되는 제1 슬릿의 일실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 2의 (a)의 실시형태에서는, 급전용 도전라인(230)에 미앤더 라인 형태로 된 두 개의 제1 슬릿(241, 242)이 형성될 수 있다. 상기 제1 슬릿을 미앤더라인 형태로 형성하면, 제1 슬릿에 의해 분리된 급전용 도전라인 사이의 대향하는 면적을 늘릴 수 있어 캐패시턴스 성분을 크게 할 수 있다.
도 2의 (b)의 실시형태에서는, 급전용 도전라인(230)에 사선 형태로 된 두 개의 제1 슬릿(243, 244)이 형성될 수 있다. 상기 제1 슬릿을 사선 형태로 형성하면, 미앤더 라인 형태로 형성하는 경우에 비해 캐패시턴스 성분을 줄일 수 있고, 보다 간단한 방법으로 형성할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 안테나의 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 안테나(300)는, 유전체 기판(310), 방사부(320), 급전용 도전패턴(330), 제1 슬롯(340), 접지면(350), 제2 슬롯(360), 및 스터브(370)를 포함할 수 있다.
상기 유전체 기판(310)은, 소정의 유전율을 가질 수 있다. 상기 유전율을 갖는 유전체 기판과, 상기 기판의 일면에 형성된 급전용 도전패턴(330) 및 방사부(320)와, 상기 기판의 타면에 형성된 접지면(350)에 의해 마이크로 스트립 안테나가 형성될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 유전체 기판(310)은 FR-4 를 포함할 수 있다.
상기 방사부(320)는, 소정의 주파수 대역 신호를 송수신할 수 있다. 본 실시형태에서 상기 방사부(320)는 초광대역(UWB) 주파수 신호를 송수신할 수 있는 패치 형태일 수 있다. 상기 패치 형태의 방사부는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시형태의 경우, 상기 방사부는 변형된 사다리꼴 형태일 수 있다. 상기 방사부의 상부에서 하부로 갈수록 점점 폭이 좁아지는 형태를 가질 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(330)은, 일단이 외부의 급전라인에 연결되고 타단은 상기 방사부(320)에 연결될 수 있다. 상기 급전용 도전패턴(330)은 50 옴(ohm)의 저항을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 급전용 도전패턴 내의 저항값은, 상기 급전용 도전 패턴의 넓이 및 폭에 따라 조절될 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(330)은 상기 유전체 기판(310)의 일영역의 중심부에 형성될 수 있다. 본 실시형태에서는 직사각형태의 유전체 기판(310)의 일면의 중심부에 상기 급전용 도전 패턴(330)이 위치하도록 형성될 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(330)과 상기 방사부(320)가 연결되는 부분에 스터브(370)가 형성될 수 있다.
상기 스터브(370)는, 상기 급전용 도전패턴(330)과 방사부(320) 사이의 임피던스를 매칭시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 급전신호가 상기 급전용 도전패턴(330)을 통해 상기 방사부(320)로 급전될 때 반사되는 신호를 줄여 급전 효율을 높일 수 있다. 본 실시형태에서는 상호 대칭을 이루는 한 쌍의 스터브를 형성할 수 있다. 상기 스터부의 형태는 다양하게 구현될 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(330)에는 제1 슬롯(340)이 형성될 수 있다. 상기 제1 슬롯(340)은, 상기 급전용 도전패턴(330)을 서로 다른 영역으로 이격시키는 슬롯일 수 있다. 본 실시형태에서는 두 개의 제1 슬롯(341, 342)이 형성되어 급전용 도전 패턴(330)은 세 개의 분리된 도전패턴(331, 332, 333)이 될 수 있다. 본 실시형태에서 상기 제1 슬롯은 미앤더 라인 형태일 수 있다. 상기 제1 슬롯의 갯수는 원하는 통과대역에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
상기 급전용 도전패턴(330)에 형성된 제1 슬롯(340)에 의해 상기 도전패턴(330)에는 인덕턴스 성분 및 캐패시턴스 성분이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 슬롯에 의해 분리된 급전용 도전패턴들(331, 332, 333) 사이에는 각각의 분리된 도전패턴들 사이의 전자기적 결합에 의해 캐패시턴스 성분이 생길 수 있다. 본 실시형태에서는 상기 제1 슬롯이 미앤더 라인 형태로 형성되어 있으므로 상기 분리된 급전용 도전패턴들 사이의 캐패시턴스 성분이 더 증가될 수 있다. 또한, 상기 급전 용 도전패턴(330)을 흐르는 전류에 의해 인덕턴스 성분이 생길 수 있다. 이러한 캐패시턴스 성분 및 인덕턴스 성분에 의해 상기 급전용 도전패턴(330)은 소정 주파수 대역의 신호만을 통과시키는 필터로 작동될 수 있다. 본 실시형태에서는 제1 슬롯(340)에 의해 상기 급전용 도전패턴(330)은 상기 방사부(320)에 송수신되는 주파수 신호에 대해 고역 통과 필터(HPF:High Pass Filter)로 작동할 수 있다.
상기 접지면(350)은 상기 유전체 기판(310)의 타면에 형성될 수 있다.
상기 접지면(350)은 외부의 접지라인에 연결되어 안테나의 접지부로 작동할 수 있다. 상기 접지면(350)은 상기 유전체 기판(310)의 일면에 형성된 급전용 도전패턴(330), 및 방사부(330)와 전자기적 결합에 의해 마이크로 스트립 안테나를 구성할 수 있다.
상기 접지면(350)에는 제2 슬롯(360)이 형성될 수 있다.
상기 제2 슬롯(360)은, 상기 유전체 기판의 일면에 형성된 급전용 도전패턴(330)과 일부가 겹치도록 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 제2 슬롯(361, 362)은, 상기 급전용 도전패턴(330) 상에 형성된 제1 슬롯(341, 342)에 대향하는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 상기 제2 슬롯(360)은, 좌우 대칭을 이룰 수 있으며, 상기 좌우 대칭의 중심선은 상기 급전용 도전패턴(330)에 대응하는 위칭 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 슬롯(360)은 덤벨형태를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 덤벨 의 형태는 다양하게 구현될 수 있다.
상기 제2 슬롯(360)은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 상기 제2 슬롯(360)에 의해 상기 접지면(350) 내에서 인덕턴스 성분 및 캐패시턴스 성분이 형성될 수 있다. 상기 인덕턴스 성분 및 캐패시턴스 성분에 의해 상기 접지면(350)은 상기 방사부에서 송수신되는 주파수 신호에 대해 저역 통과필터(LPF : Low Pass Filter)로 작동할 수 있다.
도 4는, 상기 도 3의 실시 형태에 따른 안테나의 반사손실을 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 안테나는 초광대역(UWB) 주파수 신호 중 약 3.1 내지 5.2 GHz 대역의 주파수 신호에 대해서만 작동하는 것을 볼 수 있다. 상기 초광대역 특성을 나타내는 방사부만을 사용한 경우에는 초광대역(UWB) 신호 전체에 대해서 안테나가 작동할 수 있으나, 본 실시형태와 같이 필터부를 일체화시킨 안테나에서는 대역통과 특성을 나타내어 초광대역(UWB) 중에서도 원하는 대역 내에서만 안테나가 작동할 수 있도록 할 수 있다.
도 5는, 상기 도 3의 실시 형태에 따른 안테나에서 스터브의 유무에 따른 반사손실을 측정한 그래프이다.
도 5에서, 스터브가 없는 경우(a)와 스터브가 있는 경우(b)를 비교하면, 스터브가 없는 경우에는 주파수가 고주파 쪽으로 이동하며, 통과대역 내에서의 정합 도가 떨어지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 실시형태와 같이 급전용 도전패턴과 방사부 사이에 스터브를 형성함으로써 임피던스 매칭을 증가시켜 안테나의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 6은, 상기 도 3의 실시 형태에 따른 안테나에서, 제1 슬롯의 간격에 따른 반사손실을 측정한 그래프이다.
도 6에서, 세개의 곡선(a, b, c) 각각은, 제1 슬롯의 간격을 각각 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm 로 한 경우의 곡선을 나타내고 있다. 즉, 슬롯의 간격이 넓어질수록 주파수가 고주파 쪽으로 이동하는 것을 볼 수 있다.
따라서, 상기 제1 슬롯의 길이뿐만 아니라 간격을 조절함으로써 필요한 주파수 대역의 통과특성을 얻을 수 있다.
도 7은, 상기 도 3의 실시 형태에 따른 안테나에서, 제2 슬롯의 크기의 변화에 따른 반사손실을 측정한 그래프이다.
제2 슬롯의 크기가 증가할수록 주파수가 저주파 쪽으로 이동하며, 대역폭이 줄어드는 것을 볼 수 있다. 따라서, 상기 제2 슬롯을 조절하여 원하는 주파수 통과 특성을 얻을 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 안테나의 분해 사시도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는, 각각 본 발명의 급전용 도전라인에 형성되는 제1 슬릿의 일실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 안테나의 분해 사시도이다.
도 4는, 상기 도 3의 실시 형태에 따른 안테나의 반사손실을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 상기 도 3의 실시 형태에 따른 안테나에서 스터브의 유무에 따른 반사손실을 측정한 그래프이다.
도 6은, 상기 도 3의 실시 형태에 따른 안테나에서, 제1 슬롯의 간격에 따른 반사손실을 측정한 그래프이다.
도 7은, 상기 도 3의 실시 형태에 따른 안테나에서, 제2 슬롯의 크기의 변화에 따른 반사손실을 측정한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
110 : 유전체 기판 120 : 방사부
130 : 급전용 도전패턴 140 : 제1 슬롯
150 : 접지면 160 : 제2 슬롯

Claims (11)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 일면에 형성되는 방사부;
    일단이 상기 방사부에 연결되며, 타단은 외부의 급전라인과 연결되는 급전용 도전패턴;
    상기 급전용 도전패턴에 형성되는 제1 슬롯;
    상기 유전체 기판의 타면에 형성되는 접지면; 및
    상기 접지면에 형성되는 제2 슬롯
    을 포함하는 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사부는,
    초광대역(UWB : Ultra Wide Band) 주파수 대역특성을 갖는 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방사부는,
    패치(patch) 형태인 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬롯은,
    상기 급전용 도전패턴을 복수개로 분리시키는 것을 특징으로 하는 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬롯은,
    미앤더라인 형태인 것을 특징으로 하는 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 슬롯은,
    상기 급전용 도전패턴과 적어도 일부가 겹치도록 형성된 것을 특징으로 하는 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 슬롯은,
    상기 제1 슬롯이 형성된 위치와 대응하는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 안테나.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 슬롯은,
    좌우 대칭을 이루는 형태인 것을 특징으로 하는 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 슬롯은,
    상기 대칭의 중심선이 상기 급전용 도전패턴과 대향하도록 형성된 것을 특징으로 하는 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 슬롯은,
    덤벨 형태인 것을 특징으로 하는 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방사부와 급전용 도전패턴의 사이에 형성된 스터브
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
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