KR100991967B1 - 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나 - Google Patents

멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나 Download PDF

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Abstract

멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나가 개시된다. 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나에 있어서, 막대 모양의 FR4 기판 일측면 상단부에 멤돌이형 기생패치를 부착한 제 1 라디에이터 안테나 및 상기 제 1 라디에이터 안테나와 소정간격 이격되어 설치되고, 막대 모양의 FR4 기판 일측면 상단부에 멤돌이형 기생패치를 부착한 제 2 라디에이터 안테나를 포함한다.
삼중대역, 멤돌이형, 집중 인덕터, 정합 스터브, 기생 패치

Description

멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나 {TRIPLE-BAND ANTENNA WITH SPIRAL RING SHAPED PARASITIC PATCHES}
본 발명은 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나에 관한 것으로 특히, 두 개의 라디에이터를 적용하고 멤돌이형 기생패치 부착 및 급전회로 설계변경을 통하여 T-DMB (Band-Ⅲ) / DVB-H / T-DMB (L-Band) 삼중대역에서 동작할 수 있는 안테나에 관한 것이다.
최근 TV 방송 기술이 급속도로 발전함에 따라 고품질의 방송 서비스를 효율적으로 수신할 수 있는 다중대역 안테나가 요구되고 있다. 휴대방송 서비스가 가능한 초소형 안테나는 특정 대역에서 동작할 수 있는 안테나를 구비하여 일정한 지역에서 동작하고 있다.
즉, 종래에는 T-DMB대역과 DVB-H대역에서 단일대역 또는 이중대역으로 구현되었으나 최근에는 전세계 다양한 장소에서 T-DMB 서비스를 L-Band를 이용하여 서비스함으로써 T-DMB (Band-Ⅲ) / DVB-H / T-DMB (L-Band) 삼중대역에서 동작할 수 있는 안테나가 절실히 요구된다.
본 발명은 멤돌이형 기생패치를 구비한 두 개의 라디에이터를 사용하여 삼중대역 안테나를 구현함으로써, 삼중대역에서 간섭 없이 동작하는 안테나를 제공한다.
본 발명은 멤돌이형 기생패치를 구비한 두 개의 라디에이터를 사용하여 삼중대역 안테나를 구현함으로써, 전세계 다양한 장소에서 T-DMB (L-Band)를 수신할 수 있는 삼중대역 안테나를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나는, 막대 모양의 FR4 기판 일측면 상단부에 멤돌이형 기생패치를 부착한 제 1 라디에이터 안테나 및 상기 제 1 라디에이터 안테나와 소정간격 이격되어 설치되고, 막대 모양의 FR4 기판 일측면 상단부에 멤돌이형 기생패치를 부착한 제 2 라디에이터 안테나를 포함한다
본 발명의 일측면에 따르면, 급전부를 포함하는 시스템 그라운드를 더 포함하고, 상기 급전부는, 임피던스 정합을 위한 정합 스터브(matching stub) 및 급전 라인 상에 위치한 집중 소자(lumped element)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제 1 라디에이터 안테나는, 막대 모양의 FR4 기판, 상기 FR4 기판의 일측면에 부착되고 하단부가 구불구불한 형태로 이루어진 주 복사체, 상기 주 복사체의 하단부에 부착되는 하나 이상의 집중 인덕터, 상 기 주 복사체의 상단부에 부착되는 멤돌이형 기생패치 및 상기 FR4 기판의 타측면 하단부에 부착되는 U 형상의 기생패치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 막대 모양의 FR4 기판, 상기 FR4 기판의 양측면에 부착되고 상단부가 구불구불한 형태로 이루어진 주 복사체, 상기 FR4 기판의 양측면 하단부에 부착되는 기생패치 및 상기 FR4 기판의 일측면 상단부에 부착되는 하나 이상의 멤돌이형 기생패치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 두 개의 라디에이터를 사용하여 삼중대역 안테나를 구현함으로써, 삼중대역에서 간섭 없이 동작하는 안테나가 제공된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 두 개의 라디에이터를 사용하여 삼중대역 안테나를 구현함으로써, 전세계 다양한 장소에서 T-DMB (L-Band)를 수신할 수 있는 삼중대역 안테나가 제공된다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나의 전체모습 및 접지부를 확대한 도면이다.
도 1을 참고하면, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나(100)는, 제 1 라디에 이터 안테나(110) 및 제 2 라디에이터 안테나(120)를 포함한다. 이때, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나(100)는 급전부(130)를 포함하는 시스템 그라운드를 포함할 수 있다.
제 1 라디에이터 안테나(110)는 막대 모양의 FR4 기판 일측면 상단부에 멤돌이형 기생패치를 구비하여, FR 4 기판의 시스템 그라운드 위에 세워질 수 있다.
제 2 라디에이터 안테나(120)는 제 1 라디에이터 안테나(110)와 평행으로 배치되며, 소정간격 이격되어 설치된다. 여기서, 제 1 라디에이터 안테나(110)와 이격되는 간격은 제 1 라디에이터 안테나(110) 및 제 2 라디에이터 안테나(120)의 폭을 포함한 전체 폭(W)이 5mm가 되도록 소정간격 이격시켜 설치될 수 있다. 이때, 제 2 라디에이터 안테나(120)도 제 1 라디에이터 안테나(110)와 마찬가지로 막대 모양의 FR4 기판 일측면 상단부에 멤돌이형 기생패치를 부착한다.
여기서, 멤돌이형 기생패치를 사용함으로써, T-DMB (Band-Ⅲ), DVB-H 및 T-DMB (L-Band)의 임피던스 대역폭을 만족시킬 수 있다.
급전부(130)는 정합 스터브(matching stub)(130), 집중 소자(lumped element)(132)를 포함할 수 있다. 즉, 급전부(130)는 정합 스터브와 집중 소자를 포함하여 제 1 라디에이터 안테나 및 제 2 라디에이터 안테나의 피딩 포인트(131)와 연결되어 급전되도록 할 수 있다. 이와 같이, 급전선 상에 집중 소자(132) 및 정합 스터브(130)를 배치하여 정합 손실을 줄일 수 있다. 여기서, 집중 소자(132)는 코일 인덕터 일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 제 1 라디에이터 안테나를 확대한 도 면이다.
도 2를 참고하면, 제 1 라디에이터 안테나(200)는 막대 모양의 FR4 기판(220)에 주 복사체(main radiating element)(230), 멤돌이형 기생패치(spiral ring shaped parasitic patches)(210), 집중 소자(lumped element)(240), 기생 패치(parasitic element)(250) 및 비아홀(via hole)(260)을 포함할 수 있다.
또한, 막대 모양의 FR4 기판(220)은 두께(X1) 0.8mm, 가로 길이(Y1) 5mm, 세로 길이(Z1) 130mm, 비유전율 4.4인 FR4 기판일 수 있다. 여기서, 막대 모양의 FR4 기판(220)의 일측면에 주 복사체(230)를 부착하고, 주 복사체(230)의 하단부를 구불구불한 형태로 구성할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 주 복사체(230)의 하단부를 한글 자음 디귿 형상이 좌우 대칭 하여 반복되는 형상으로 구성할 수 있다. 여기서 한글 자음 디귿 형상 1개의 세로 길이(A1)는 10mm일 수 있다.
또한 주 복사체(230)의 상단부에는 멤돌이형 기생패치(210)를 부착할 수 있다. 이때, 멤돌이형 기생패치(210)는 2개의 셀 형태로 부착되고, 3개의 비아홀(260)을 통해 주 복사체(230)와 연결될 수 있다. 여기서, 2개의 셀을 포함하는 멤돌이형 기생패치(210)는 세로길이(S1)를 20mm으로 설정할 수 있다.
또한, 주 복사체(230)하단부의 구불구불한 형상의 중간에 집중 소자(240)를 배치하고, 막대 모양의 FR4 기판(220)의 타측면에 기생패치(250)를 구비하여 안테나의 대역폭을 조절할 수 있다.
이와 같이, 제 1 라디에이터를 위해 구불구불한 구조, 기생 패치, 집중 인 덕터, 시스템 그라운드의 급전 파트에 존재하는 정합 스터브 등을 배치함으로써, T-DMB (Band-Ⅲ) 대역을 만족하는 안테나를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 제 2 라디에이터 안테나를 확대한 도면이다.
도 3을 참고하면, 제 2 라디에이터 안테나(300)는 막대 모양의 FR4 기판(320)에 주 복사체(main radiating element)(330), 멤돌이형 기생패치(spiral ring shaped parasitic patches)(310), 기생 패치(parasitic element)(340) 및 비아홀(via hole)(350)을 포함할 수 있다.
막대 모양의 FR4 기판(320)은 두께(X2) 0.8mm, 가로 길이(Y2) 5mm, 세로 길이(Z2) 80mm, 비유전율 4.4인 FR4 기판일 수 있다. 여기서, 막대 모양의 FR4 기판(320)의 양측면에 주 복사체(330)를 부착하고, 주 복사체(330)의 상단부를 구불구불한 형태로 구성할 수 있다. 즉, 제 1 라디에이터 안테나(200)의 경우와 마찬가지로 한글자음 디귿 형상이 좌우 대칭 하여 반복되는 형태로 구성할 수 있다. 여기서 한글 자음 디귿 형상 1개의 세로 길이(A2)는 5mm일 수 있다.
또한, 일측면의 주 복사체(330)의 상단부에는 멤돌이형 기생패치(310)를 부착할 수 있다. 이때, 멤돌이형 기생패치(310)는 6개의 셀 형태로 부착되고, 11개의 비아홀(350)을 통해 멤돌이형 기생패치(310)가 부착된 면의 주 복사체와 연결될 수 있다. 여기서, 2개의 셀을 포함하는 멤돌이형 기생패치(310)는 세로길이(S2) 60mm일 수 있다.
또한, 막대 모양의 FR4 기판(320)의 양측면에 하나 이상의 기생패치(250)를 설치하여 T-DMB 밴드의 대역폭을 조절하도록 할 수 있다. 이때, 기생패치의 크기(P)는 25mm로 설정할 수 있다.
이와 같이, 제 2 라디에이터를 위해 구불구불한 구조, 기생 패치 등을 배치함으로써, DVB-H 및 T-DMB (L-Band)대역을 만족하는 안테나를 제공할 수 있다.
따라서, 제 1 라디에이터 안테나 및 제 2 라디에이터 안테나를 소정간격 이격하여 평행하게 설치하고, 제 1 라디에이터 안테나를 통해 T-DMB(Band-Ⅲ) 대역을 만족하고, 제 2 라디에이터 안테나를 통해 DVB-H 및 T-DMB (L-Band)대역을 만족하도록 하여 삼중대역을 만족하는 안테나를 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나의 반사 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 멤돌이형 기생패치를 구비한 경우와 구비하지 않은 경우의 반사손실을 비교한 도면(400)이 도시되어 있다.
즉, 멤돌이형 기생패치를 구비하지 않은 경우의 반사 손실을 시뮬레이션 한 그래프(410), 멤돌이형 기생패치를 구비하지 않은 경우의 반사 손실을 실제로 측정한 그래프(420) 및 멤돌이형 기생패치를 구비한 경우의 반사 손실을 실제로 측정한 그래프(430)가 각각 도시되어 있다.
멤돌이형 기생패치(SRS parasitic patches)를 사용하는 경우, T-DMB (Band-Ⅲ) 대역(174 MHz ~ 216 MHz)에서는 반사 손실 6dB을 나타내고, DVB-H 대역(470 MHz ~ 870 MHz) 및 T-DMB (L-Band) 대역(1.45 GHz ~ 1.48 GHz)에서는 반사손실 10dB을 나타낸다. 이때 반사계수를 계산하면 T-DMB (Band-Ⅲ) 대역에서 정재파비(VSWR)는 4보다 작고 DVB-H / T-DMB (L-Band) 대역에서 정재파비(VSWR)는 2보다 작은 것을 알 수 있다.
따라서, 멤돌이형 기생패치를 사용함으로써, T-DMB 대역에서의 동작 대역폭이 증가하고, T-DMB (L-Band) 대역에서의 임피던스 정합 성능이 증가하는 효과가 발생한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나의 복사 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참고하면, T-DMB (Band-Ⅲ) 대역(510), DVB-H 대역(520) 및 T-DMB (L-Band) 대역(530)에서의 안테나 복사패턴을 나타낸다. 도 5에서 나타나듯이 복사패턴은 전 주파수 대역에서 등방향성을 나타낸다. 즉, 본 발명의 멤돌이형 기생 패치를 부착한 삼중대역 안테나를 통해 제안한 삼중 대역에서 효율적으로 동작하는 안테나를 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나의 이득 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참고하면, T-DMB (Band-Ⅲ) 대역(174 MHz ~ 216 MHz)의 이득특성(610), DVB-H 대역(470 MHz ~ 870 MHz)의 이득특성(620) 및 T-DMB (L-Band) 대역(1.45 GHz ~ 1.48 GHz)에서의 이득특성(630)을 나타내고 있다.
여기서, T-DMB (Band-Ⅲ) 대역(174 MHz ~ 216 MHz)에서의 이득특성은 -6.9 에서 1.04 dBi까지 변화하고 DVB-H 대역(470 MHz ~ 870 MHz)의 이득특성은 0.18 에 서 4.99 dBi까지 변화하며, T-DMB (L-Band) 대역(1.45 GHz ~ 1.48 GHz)에서의 이득특성은 0.04 에서 0.33 dBi까지 변화한다.
즉, T-DMB (Band-Ⅲ) 대역에서는 -7 dBi 이상의 이득특성을 보이며 DVB-H대역에서는 -4~0 dBi 이상, T-DMB (L-Band) 대역에서는 0 dBi 이상의 이득특성을 가짐으로써, 제안된 삼중대역에서 일정수준 이상의 이득특성을 확보하여 삼중대역에서 원활한 수신이 가능한 안테나를 제공할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 이중 패치인 두 개의 라디에이터를 적용하고, 멤돌이형 기생 패치를 부착하며, 급전회로를 설계 변경함으로써, 삼중대역에서 서로의 간섭 없이 원활한 수신이 가능한 안테나를 제공할 수 있다. 따라서, 전세계 다양한 장소에서 T-DMB (L-Band)를 수신할 수 있는 안테나를 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나의 전체모습 및 접지부를 확대한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 제 1 라디에이터 안테나를 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 제 2 라디에이터 안테나를 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나의 반사 손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나의 복사 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 멤돌이형 기생패치를 구비한 안테나의 이득 특성을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 제 1 라디에이터 안테나 120 : 제 2 라디에이터 안테나
130 : 접지부 131 : 피딩 포인트(feeding point)
132 : 집중 소자(lumped element) 133 : 정합 스터브(matching stub)

Claims (15)

  1. 막대 모양의 제1 FR4 기판 일측면 상단부에 멤돌이형 기생패치를 부착한 제 1 라디에이터 안테나; 및
    상기 제 1 라디에이터 안테나와 소정간격 이격되어 설치되고, 막대 모양의 제2 FR4 기판 일측면 상단부에 멤돌이형 기생패치를 부착한 제 2 라디에이터 안테나
    를 포함하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    급전부를 포함하는 시스템 그라운드를 더 포함하고,
    상기 급전부는,
    임피던스 정합을 위한 정합 스터브(matching stub); 및
    급전 라인 상에 위치한 집중 소자(lumped element)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시스템 그라운드는,
    두께 1.6mm, 비유전율 4.4, 가로 길이 150mm, 세로 길이 110mm인 제3 FR4 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 라디에이터 안테나 및 상기 제 2 라디에이터 안테나는,
    상기 제 1 라디에이터 안테나의 두께, 상기 제 2 라디에이터 안테나의 두께 및 상기 소정간격을 포함한 전체 폭이 5mm 크기가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 라디에이터 안테나는,
    막대 모양의 상기 제1 FR4 기판;
    상기 제1 FR4 기판의 일측면에 부착되고 하단부가 구불구불한 형태로 이루어진 주 복사체;
    상기 주 복사체의 하단부에 부착되는 하나 이상의 집중 인덕터;
    상기 주 복사체의 상단부에 부착되는 멤돌이형 기생패치; 및
    상기 제1 FR4 기판의 타측면 하단부에 부착되는 U 형상의 기생패치
    를 포함하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 주 복사체는,
    상기 제1 FR4 기판의 하단부 가장자리에서 상단부 가장자리로 이어지고,
    상기 하단부는 한글 자음 디귿 형상이 좌우 대칭하며 반복되는 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하단부의 한 개의 디귿 형상은,
    세로 길이 10mm인 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 멤돌이형 기생패치는,
    상기 주 복사체의 상단부에 2개의 셀 형태로 부착되고, 3개의 비아홀을 통해 상기 주 복사체와 연결되는 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 멤돌이형 기생패치는,
    세로길이 20mm인 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제 2 라디에이터 안테나는,
    막대 모양의 상기 제2 FR4 기판;
    상기 제2 FR4 기판의 양측면에 부착되고 상단부가 구불구불한 형태로 이루어진 주 복사체;
    상기 제2 FR4 기판의 양측면 하단부에 부착되는 기생패치; 및
    상기 제2 FR4 기판의 일측면 상단부에 부착되는 하나 이상의 멤돌이형 기생패치
    를 포함하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 주 복사체는,
    상기 제2 FR4 기판의 하단부 가장자리에서 상단부 가장자리로 이어지고,
    상기 상단부는 한글 자음 디귿 형상이 좌우 대칭하며 반복되는 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상단부의 한 개의 디귿 형상은,
    세로 길이 10mm인 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 멤돌이형 기생패치는,
    상기 주 복사체의 상단부에 6개의 셀 형태로 부착되고, 11개의 비아홀을 통해 상기 주 복사체와 연결되는 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 멤돌이형 기생패치는,
    세로길이 60mm인 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
  15. 제10항에 있어서,
    양측면 하단부에 부착되는 기생패치는,
    세로길이 25mm인 것을 특징으로 하는 멤돌이형 기생패치를 구비한 삼중대역 안테나.
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