KR100969149B1 - 초광대역 마이크로스트립 패치안테나 - Google Patents

Abstract

소정의 유전율을 갖는 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 일측면에 형성된 Y 형상의 방사체, 상기 방사체의 하단부로부터 상기 일측면의 하단부로 연결되는 급전부 및 상기 유전체 기판의 타측면에 형성된 접지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 마이크로스트립 패치안테나가 개시된다.

초광대역, UWB, 주파수 제한, WLAN, 패치안테나

Description

초광대역 마이크로스트립 패치안테나{UWB MICROSTRIP PATCH ANTENNA}

초광대역 마이크로스트립 패치안테나가 개시된다. 특히, 초광대역(Ultra-Wideband: UWB)에서 동작하는 더 작고 얇은 Y 형상의 마이크로스트립 안테나에 WLAN 주파수 대역을 제한하기 위한 초광대역 마이크로스트립 패치안테나가 개시된다.

초광대역 시스템은 중심 주파수의 20 % 이상의 점유 대역폭을 차지하는 시스템 혹은 500 MHz 이상의 점유 대역폭을 차지하는 무선 전송 기술 시스템으로 정의한다.

2002년 2월 미국 연방통신위원회 (FCC: Federal Communication Commission)가 UWB (3.1GHz ～ 10.6 GHz)의 상용 사용을 인가함으로서 미국의 군사용 무선 기술로 개발되어 오던 기술이 일반 통신에 개방되었다. 이 기술은 반송파를 이용하지 않고 펄스 변조한 신호를 그대로 공간에 복사한다. UWB는 기존의 무선 통신의 영역 이외에 거리의 계측 (location awareness)이나 레이더 기술에도 응용이 가능하다.

UWB 시스템은 디지털 부호 정보를 나노 세컨드 (10-9) 이하의 매우 짧은 폭 을 가지는 임펄스 신호로 변환해서 무선으로 전송하는 기술로 광 통신과 같은 수백 Mbps의 초고속 통신이 가능하며, 매우 낮은 송신 전력의 사용으로 배터리가 기존 무선 통신 방식보다 수십 배 이상 오래 사용할 뿐 아니라, 송수신 장치도 획기적으로 소형화 할 수 있어 기존의 무선 통신 한계를 극복할 수 있는 기술로 기대되고 있다. UWB 시스템의 신호는 넓은 주파수 대역을 사용할 수 있으므로 주파수 영역에서의 전력 밀도 값을 아주 작은 값으로 할 수 있어 다른 통신 신호가 존재하는 주파수에 중첩되어 사용하더라도 간섭을 거의 주지 않을 수 있다는 점에 착안하고 있다. 초기에 제안된 UWB 통신 신호는 아주 짧은 신호 펄스를 사용함으로써 넓은 주파수 대역을 얻었으나 현재는 CDMA (Code Division Multiple Access: 부호 분할 다중 접속), OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 직교 주파수 분할 다중)등의 여러 가지 변형된 형태의 UWB 방식이 있다.

이러한 UWB 시스템에서 소형으로 제조가 가능하고, 협소한 대역폭을 해결하는 대역특성과 충분한 이득을 가질 수 있는 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 대한 필요성이 증가하고 있다.

또한, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 있어, WLAN 주파수 대역을 제한할 수 있는 기술에 대한 연구가 필요하다.

Y 형상의 방사체를 갖고, L-슬롯이 삽입된 마이크로스트립 패치안테나를 제공함으로써, UWB 시스템에 적합하고, WLAN 주파수 대역을 제한할 수 있는 초광대역 마이크로스트립 패치안테나를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나는 소정의 유전율을 갖는 유전체 기판, 상기 유전체 기판의 전면부에 형성된 Y 형상의 방사체, 상기 방사체의 하단부로부터 상기 유전체 기판의 후면부로 연결되는 급전부 및 상기 유전체 기판의 타측면에 형성된 접지부를 포함한다.

Y 형상의 방사체를 갖고, L-슬롯이 삽입된 마이크로스트립 패치안테나를 제공함으로써, UWB 시스템에 적합하고, WLAN 주파수 대역을 제한할 수 있는 초광대역 마이크로스트립 패치안테나를 제공할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 상단부를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역(Ultra-Wideband: UWB) 마이크로스트립 패치안테나는 Y 형상의 방사체(110), 급전부(120), 접지 부(130)를 포함할 수 있다.

방사체(110)는 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 협소한 대역폭을 해결하기 위한 대역특성과 충분한 이득을 갖도록 Y 형상으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 방사체(110)에는 WLAN 주파수 대역(5.15~5.825 GHz)을 제한하기 위해 두 개의 L-슬롯(slot)(141, 142)이 삽입될 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서는 방사체(110)에 두 개의 L-슬롯(141, 142)이 삽입되어 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 급전부(120)는 임피던스 매칭 및 회로 집적을 위해, 동축 급전선(the coaxial probe)으로 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 접지부(130)는 넓은 대역폭의 획득을 위해 부분 접지(partial ground)판으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나는 UWB 시스템의 대역폭인 3.1~10.6GHz을 만족하기 위해 3.8GHz, 9.2GHz에서 두 번의 공진할 수 있도록 방사체(110)의 Y 모양과 상기 부분 접지판의 길이 및 폭, 그리고 급전부(120)의 위치를 시뮬레이션을 통해 최적화하여, 설계할 수 있다.

도 1의 실시예에서 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 최적화 설계를 위한 시뮬레이션 결과는 괄호와 같다. (L1 = 18.5mm, L2 = 10.5mm, L3 = 6.75mm, L4 = 5mm, W1 = 10mm, W2 = 3.75mm, W3 = 2.5mm, W4 = 3.37mm, W5 = 3mm, SW = 1.5mm, SL1 = 0.5mm, SL2 = 4mm, FW = 5mm, FL = 0.7mm, GW = 7mm, GL = 6mm)

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 측면부를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나는 방사체(210), 유전체 기판(220) 및 접지부(230)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 방사체(210)는 도 1에서 도시된 바와 같이 Y 형상으로 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 방사체(210)에는 도 1에서 도시된 바와 같이 두 개의 L-슬롯이 삽입될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 유전체 기판(220)는 유전율 2.17, 두께 1.57mm 인 TLY-5A-06 20-C1/C1 양면 기판을 이용하여, GND을 밀착시킴으로써 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나를 좀 더 소형화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 접지부(230)는 부분 접지판으로 구현될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 방사체(210) 및 접지부(230)는 유전체 기판(220)의 전면부 및 후면부에 배치되고, 서로 이격될 수 있다. 이에 대해, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라, 유전체 기판(220)을 중심으로 방사체(210)가 유전체 기판(220)의 전면부에 배치되고, 접지부(230)가 유전체 기판(220)의 후면부에 배치되도록 나타내고 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 초광대 역 마이크로스트립 패치안테나의 성능을 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 반사계수를 측정한 그래프이다.

도 3을 참조하면, 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 두 개의 L-슬롯을 삽입한 경우, 반사계수(Return Loss)를 측정한 결과를 나타낸 그래프(310) 및 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 상기 두 개의 L-슬롯을 삽입하지 않은 경우, 반사계수를 측정한 결과를 나타낸 그래프(320)가 도시되어 있다.

상기 측정 결과를 살펴보면, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 L-슬롯이 삽입되어 있는 경우(310)와 L-슬롯이 삽입되어 있지 않은 경우(320) 각각 반사계수 -10dB인 지점은 2.96~12.65GHz 및 2.93~10.72GHz의 대역폭이 측정되었다. 하지만, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 L-슬롯이 삽입되어 있는 경우(310)에만 WLAN 주파수 대역인 4.92-5.93GHz 대역이 반사계수 -10dB 지점에서 제한되었다. 따라서, 두 개의 L-슬롯은 WLAN 주파수 대역을 제한하는데 필요함을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 방사패턴을 측정한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 azimuth 방사패턴(410) 및 elevation 방사패턴(420)을 측정한 도면이 도시되어 있다.

3.0GHz에서 11.0GHz까지 측정하였으며 대표적으로 7.0GHz에서 3-dB 빔 폭은 Azimuth와 Elevation이 각각 72.85°와 88.59°로 빔 폭을 얻었다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 이득을 측정한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 두 개의 L-슬롯이 삽입된 경우의 이득(510) 및 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 두 개의 L-슬롯이 삽입되지 않은 경우의 이득(520)을 측정한 그래프가 도시되어 있다.

3.1GHz에서 11GHz까지 측정한 결과, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 이득이 2.47~4.58 dBi로 측정되었다. 그리고, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 두 개의 L-슬롯을 삽입된 경우(510)에만 WLAN 대역에서 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 이득이 -3.80dBi까지 떨어지는 모습을 볼 수 있다.

도 5의 측정 결과로 미루어, 상기 초광대역 마이크로스트립 패치안테나에 두 개의 L-슬롯을 삽입함으로써, WLAN 주파수 대역을 제한할 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 상단부를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 측면부를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 반사계수를 측정한 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 방사패턴을 측정한 도면이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초광대역 마이크로스트립 패치안테나의 이득을 측정한 그래프이다.

Claims (5)

1. 소정의 유전율을 갖는 유전체 기판;

   상기 유전체 기판의 전면부에 형성된 Y 형상의 방사체;

   상기 방사체의 하단부로부터 상기 유전체 기판의 후면부로 연결되는 급전부; 및

   상기 유전체 기판의 타측면에 형성된 접지부;

   를 포함하고,

   상기 방사체에는, 두 개의 L-슬롯(slot)이 삽입되고,

   상기 급전부는, 동축 급전선(coaxial probe)으로 구현되고,

   상기 접지부는, 부분 접지(partial ground)판으로 구현되는 것을 특징으로 하는 초광대역 마이크로스트립 패치안테나.
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