KR100965395B1 - 마이크로스트립 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명의 마이크로스트립 안테나는 유연성의 유전체 기판(3)과, 상기 유전체 기판(3)의 하면에 설치한 유연성으로 도전성의 그라운드판(2)과, 상기 유전체 기판(3)의 상면에 설치하고, 상기 그라운드판(2)보다 면적이 작은 유연성으로 도전성의 마이크로스트립 패치(4)로 이루어진다.

그라운드판, 유전체 기판, 마이크로스트립 패치, 마이크로스트립 안테나, 도전성 직물

Description

마이크로스트립 안테나{Microstrip Antenna}

본 발명은 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로, 특히, 경량이고 또한 유연하여 주름이 거의 생기지 않고, 옷이나 모자 등의 의복에 부착시키는 것이 가능한 즉 웨어러블 안테나가 되는 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.

마이크로스트립 안테나는 자동차 등의 이동체국용 안테나, 휴대전화용 안테나, 위성 통신용 안테나, 위성방송 수신용 안테나 등에 사용된다.

도 9는 종래 예의 설명도이다. 도 9에 있어서, 종래의 마이크로스트립 안테나에는 급전회로용 기판(11), 그라운드판(지도체: 12), 안테나용 기판(유전체; 13), 마이크로스트립 패치(14), 급전핀(15), 급전도체(16)가 설치되어 있다.

그라운드판(12)은 안테나용 기판(13)과 급전회로용 기판(11)의 사이에 설치되는 도체이다. 급전회로용 기판(11)은 급전핀(15)에 급전하기 위한 급전도체(16)를 설치하는 것이다. 급전도체(16)와 그라운드판(12)에 의해 마이크로스트립 라인을 형성하고, 전력을 전송하는 선로가 된다. 안테나용 기판(13)은 상면에 마이크로스트립 패치(14)를 설치하는 것이다. 마이크로스트립 패치(14)와 그라운드판 (12)에 의해 마이크로스트립 안테나를 형성하여, 전파를 방사한다. 마이크로스트립 패치(14)는 급전핀(15)에 의해 전력이 급전되는 것이다. 급전핀(15)은 마이크로스트립 패치(14)의 내부에 들어간 점에서 급전하는 것이다. 급전도체(16)는 급전핀(15)에 전력을 급전하는 것이었다.

상기 종래의 것은 안테나용 기판(13)과 급전회로용 기판(11)은 딱딱한 물체(강체)이며 게다가 무거운 것이었다. 또한, 마이크로스트립 패치(14), 그라운드판(12) 등은 동박으로 딱딱한 접착제로 안테나용 기판(13)이나 급전회로용 기판(11)에 접착되어 있었다. 따라서, 옷이나 모자 등에 부착시키기 어려운 것이었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결을 도모하고, 경량이고 또한 유연하여 주름이 거의 생기지 않고, 옷이나 모자 등의 의복에 부착하는 것이 가능한 즉 웨어러블한 마이크로스트립 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 마이크로스트립 안테나는 유연성의 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 하면에 설치한 유연성으로 도전성의 그라운드판과, 상기 유전체 기판의 상면에 설치하고, 상기 그라운드판보다 면적이 작은 유연성으로 도전성의 마이크로스트립 패치로 이루어진다. 본 발명의 마이크로스트립 안테나에 의하면, 경량이고 또한 유연하여 주름이 거의 생기지 않고, 평면이 아닌 장소에도 설치가 용이하고, 더구나 옷이나 모자 등의 의복에 부착시키는(예를 들면, 꿰매는) 것이 가능한 웨어러블 안테나를 얻을 수 있다.

또한, 바람직하게는 본 발명의 마이크로스트립 안테나에 있어서는 상기 유전체 기판을 기재(生地)로 하고, 상기 그라운드판과 상기 마이크로스트립 패치를 도전성 직물로 한다. 이로써, 마이크로스트립 안테나를 옷이나 모자 등의 의복에 용이하게 꿰매거나, 또는, 매립하여 사용할 수 있다.

또한, 바람직하게는 본 발명의 마이크로스트립 안테나에 있어서는 상기 유전체 기판을 펠트(felt) 기재로 하고, 상기 그라운드판과 상기 마이크로스트립 패치를 도전성 직물로 한다. 이로써, 마이크로스트립 안테나를, 의복에 용이하게 꿰매는 등을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 마이크로스트립 안테나의 설명도이고, 도 1a는 단면도이고, 도 1b는 우측 상방으로부터 본 사시도.

도 2는 본 발명의 다른 마이크로스트립 안테나의 설명도이고, 도 2a는 단면도, 제 2b는 우측 상방으로부터 본 사시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 있어서의 마이크로스트립 안테나를 팔에 설치하였을 때의 설명도.

도 4는 본 발명의 실시예에 있어서의 반사 특성의 설명도.

도 5는 본 발명의 실시예에 있어서의 안테나를 굴곡하였을 때의 H 면 및 E 면의 이득 특성의 설명도.

도 6은 본 발명의 실시예에 있어서의 안테나를 굴곡하고 있지 않을 때의 H 면 및 E 면의 방사패턴의 설명도.

도 7은 본 발명의 실시예에 있어서의 E 면을 90deg 및 180deg로 굴곡하였을 때의 방사패턴의 설명도.

도 8은 본 발명의 실시예에 있어서의 H 면을 90deg 및 180deg로 굴곡하였을 때의 방사패턴의 설명도.

도 9는 종래 예의 설명도.

도 1은 본 발명의 마이크로스트립 안테나의 설명도이다. 도 1 중, 2는 그라운드판이고, 3은 유전체 기판이고, 4는 마이크로스트립 패치이고, 6은 커넥터이고, 7은 급전도체(마이크로스트립 라인)이다.

본 발명의 마이크로스트립 안테나는 상기 종래의 과제를 해결하기 위해서 다음과 같은 수단을 갖는다.

즉, 본 발명의 마이크로스트립 안테나는 유연성의 유전체 기판(3)과, 상기 유전체 기판(3)의 하면에 설치한 유연성으로 도전성의 그라운드판(2)과, 상기 유전체 기판(3)의 상면에 설치하고, 상기 그라운드판(2)보다 면적이 작은 유연성으로 도전성의 마이크로스트립 패치(4)로 이루어진다. 또한, 급전도체(7)도 유연하고 도전성을 갖는다. 이 때문에, 본 발명의 마이크로스트립 안테나에 의하면, 경량이고 또한 유연하여 주름이 거의 생기지 않고, 평면이 아닌 장소에도 설치가 용이하고, 더구나 옷이나 모자 등의 의복에 부착시키는 것이 가능한 웨어러블 안테나를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 마이크로스트립 안테나에 있어서, 상기 유전체 기판(3)을 기재 또는 펠트 기재로 하고, 상기 그라운드판(2)과 상기 마이크로스트립 패치(4)와 급전도체(7)를 도전성 직물로 한다. 이로써, 마이크로스트립 안테나를, 옷이나 모자 등의 의복에 용이하게 꿰매거나, 또는, 매립하여 사용할 수 있다.

(1):안테나의 구조의 설명

본 발명의 마이크로스트립 안테나가 안테나 동작(전파방사)하는 것을 확인하기 위해서, 다음의 도 2의 구조의 안테나를 만들어 시험하였다.

도 2는 마이크로스트립 안테나의 설명도이고, 도 2a는 단면도이고, 도 2b는 우측 상방으로부터 본 도면이다. 도 2에 있어서, 마이크로스트립 안테나에는 그라운드판(지도체; 2), 안테나용 기판(유전체; 3), 마이크로스트립 패치(4), 도전핀(5), 커넥터(6)가 설치되어 있다.

그라운드판(2)은 안테나용 기판(3)의 하면에 설치되는 그라운드면이 되는 도체(지도체)이고, 도전성 직물로 구성되어 있다. 안테나용 기판(3)은 펠트 재료 등의 유연성 있는 유전체(이 예에서는 유전율ε_r=1.43)이다. 마이크로스트립 패치(4)는 도전핀(5)과 전기적으로 접속되고, 그라운드판(2)과 동일한 도전성 직물로 구성되어 있다. 도전핀(5)은 마이크로스트립 패치(4)의 내부에 들어간 점에서 전기적으로 접속되는 것이다. 커넥터(6)는 세심 동축 케이블용의 커넥터이다. 주파수 2.5 GHz, 직선편파를 상정하여 작성되어 있다. 급전 방법은 간단하기 때문에, 배 면 동축형 급전 방식으로 하고 있다. 여기서, 그라운드판(2)의 도전성 직물은 전자파 차단재로서 사용됨으로써, 가로 세로가 각각 150mm인 사각, 두께(T1) 0.15mm, 면 밀도 80g/m², 2.5GHz에서의 반사 손실 및 투과 손실은 각각 0.03dB, 74dB이고, 예를 들면 실에 도전성 금속이 코팅된 것이다. 또한, 안테나용 기판(3)의 펠트 재료의 기재는 시판되는 것으로, 비유전율 1.43, 가로 세로(L 및 W)가 각각 150mm인 사각이고, 두께(T2) 1mm이다. 마이크로스트립 패치(4)의 도전성 직물은 그라운드판(2)과 동일한 재료로 구성되고, 직경(R) 60mm인 원형이다(도 2a, 도 2b 참조).

도 3은 마이크로스트립 안테나를 팔에 부착하였을 때의 설명도이다. 도 3에 있어서, 웨어러블한 마이크로스트립 안테나를 팔에 감았을 때의 모양을 도시하고 있다. 그라운드판(2)과 마이크로스트립 패치(4; 도 3에서는 흑색으로 나타낸다)는 도전성 직물을 사용하고, 안테나용 기판(3; 도 3에서는 백색으로 나타낸다)은 펠트 기재를 사용하고 있다.

(2):안테나 특성의 설명

①:반사 특성의 설명

도 4는 반사 특성의 설명도이다. 웨어러블한 마이크로스트립 안테나를 옷이나 모자 등에 꿰매어 사용하는 것을 상정하여, 안테나를 굴곡하였을 때의 반사 특성도 도시하고 있다. 도 4에 있어서, 0deg는 안테나를 굴곡하고 있지 않은 상태, 90deg는 마이크로스트립 패치(4)를 중심으로 E 면(plane)을 U 자형의 내각으로 개방한 상태, 180deg는 마이크로스트립 패치(4)를 중심으로 E 면을 U 자형으로 굴곡 한 상태를 의미한다.

이러한 안테나의 리턴로스(Return loss)는 굴곡하고 있지 않는 상태에서 약 -20 dB 가까이이고, 공진주파수는 2.505 GHz이고, E 면을 굴곡함에 따라서, 공진주파수가 약 25MHz씩 어긋나(감소)가는 결과가 얻어졌다. H 면(plane)에 대해서도 동일하게 굴곡하여 측정한 결과, 주파수는 약 5MHz씩 어긋나고, E 면보다는 작게 시프트되는 것을 알았다.

여기서, H 면을 굴곡한다는 것은 마이크로스트립 패치(4)의 중심과 급전 위치(도전핀(5)과의 접속위치)를 잇는 선을 축으로서 굴곡하는 것이다. 또한, E 면을 굴곡한다는 것은 마이크로스트립 패치(4)의 중심과 급전 위치를 잇는 선에 직각인 선을 축으로서 굴곡하는 것이다.

②:이득 특성의 설명

H 면 및 E 면을 굴곡하였을 때의 이득은 다음 도 5와 같다. 이득의 측정주파수는 모두 2.495GHz이다. 또, dBi의 「i」는 무지향성 안테나와 비교하였을 때의 값인 것을 나타내고 있다.

도 6은 굴곡하고 있지 않을 때의 H 면 및 E 면의 방사패턴의 설명도이다. 도 7은 E 면을 90deg 및 180deg로 굴곡하였을 때의 방사패턴의 설명도이다. 도 8은 H 면을 90deg 및 180deg로 굴곡하였을 때의 방사패턴의 설명도이다.

상기 도 5 등으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이득은 역시 H 면보다 E 면을 굴곡하였을 때의 이득이 내려가는 것을 알 수 있다. 1번 이득이 내려간 것은 E 면 의 180deg일 때에, 2.39 dB 내려가고 있다. 또한, 도 7, 도 8의 방사패턴으로부터, 마이크로스트립 안테나를 굴곡할수록, 빔폭이 넓어지는 것을 알 수 있다. 마이크로스트립 안테나를 굴곡하였을 때의 이득 저하는 공진주파수의 변화 이외에 빔폭이 넓어진 것도 영향을 주고 있다.

이들의 결과로부터, 마이크로스트립 안테나가 굴곡하는 방법은 전류의 흐름 방향에 의존하는 것을 알 수 있고, 또한, 바로 정면에서 본 전류 분포의 밀도에 의해서, 열화의 정도가 결정되는 것을 알 수 있다.

상기 마이크로스트립 안테나는 실제로 사용하는 경우, 180deg로 굴곡하는 것은 그다지 없는 것이나, 예를 들면 모자나 등 등의 평평한 곳을 골라, 꿰매는 위치를 잘 선택하면, 마이크로스트립 안테나로서 충분히 유효하다. 또한, 다소 굴곡되더라도 이득이 2dB 정도 열화하는 것을 허용하면, 사용 가능한 것이다.

이상, 본 발명을 그 실시예에 따라서 설명하였지만, 본 발명은 주지의 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.

예를 들면, 그라운드판(2)과 안테나용 기판(3)의 형은 4각형뿐만 아니라, 3각형, 5각형 이상의 다각형, 타원, 원형 등으로 할 수도 있다. 또한, 마이크로스트립 패치(4)의 형은 원형뿐만 아니라, 3각, 4각, 5각 이상의 다각형, 타원 등으로 할 수도 있다.

마이크로스트립 안테나의 옷이나 모자 등으로의 설치는 패치 워크 등으로 표면에 절연성의 실로 꿰매는 것 외, 접착제로 접착, 또는 내부에 매립하는 것도 가능하다. 또한, 원터치로 고정되어 잡아당기면 간단히 뺄 수 있는 면 파스너 (fastener)를 그라운드판의 하면에 설치하는 것도 가능하다. 이와 같이 직물로 형성한 마이크로스트립 안테나를 옷이나 모자 등으로 꿰매고, 또는, 내부에 매립하는 경우, 함께 세탁하는 것도 가능해진다.

안테나용 기판(3)은 두께가 너무 얇으면 대역폭이 좁아지는 등 때문에, 두께는 0.1mm 내지 3mm 정도로 요철이 적은 평면적이고 유연성이 있는 것, 예를 들면 펠트(부직포), 천(직물), 종이, 수지 등이 적당하다. 또한, 마이크로스트립 안테나의 지향성을 고려하여, 모자나 옷(의복)에 복수개(예를 들면, 모자에 45도의 경사로 120도 간격으로 3개) 설치하여 사용할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 마이크로스트립 안테나에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

마이크로스트립 안테나를, 유연성의 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 하면에 설치한 유연성으로 도전성의 그라운드판과, 상기 유전체 기판의 상면에 설치하고, 상기 그라운드판보다 면적이 작은 유연성으로 도전성의 마이크로스트립 패치에 의해 구성하기 때문에, 마이크로스트립 안테나를, 경량이고 또한 유연하여 주름이 거의 생기지 않고, 옷이나 모자 등의 의복에 부착시키는 것이 가능한 웨어러블 안테나로 할 수 있다.

또한, 마이크로스트립 안테나에 있어서, 유전체 기판을 기재로 하고, 그라운드판과 마이크로스트립 패치를 도전성 직물로 함으로써, 마이크로스트립 안테나를, 옷이나 모자 등의 의복에 용이하게 꿰매거나, 또는, 매립하여 사용할 수 있다.

또한, 마이크로스트립 안테나에 있어서, 유전체 기판을 펠트 기재로 하고, 그라운드판과 마이크로스트립 패치를 도전성 직물로 함으로써, 마이크로스트립 안테나를 의복에 용이하게 꿰매는 등을 할 수 있다.

Claims (3)

1. 유연성의 유전체 기판과,

   상기 유전체 기판의 하면에 설치한 유연성을 갖는 도전성의 그라운드판과,

   상기 유전체 기판의 상면에 설치하고, 상기 그라운드판보다 면적이 작은 유연성을 갖는 도전성의 마이크로스트립 패치로 이루어지고,

   상기 유전체 기판을 펠트 기재(生地)로 하고,

   상기 그라운드판과 상기 마이크로스트립 패치를 도전성 직물로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
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