KR101039925B1 - Small square loop antenna having capacitive cover structure - Google Patents
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Abstract
커패시턴스 성분의 덮개 구조를 적용하여 간단한 구조로 임피던스 정합을 이루도록 함은 물론, 접지면 환경이 요구되지 않는 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나가 개시되어 있다. 이를 위하여 동축 프로브, 소형 루프 안테나, 급전선로, 커패시티브 덮개 구조, 및 커패시터 갭을 포함하는 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 제공한다. 본 발명에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 사용하면, 안테나의 소형화에 따른 이득과 효율의 저하를 개선한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 제공할 수 있다. 그리고 커패시티브 덮개 구조를 이용함으로써, 접지면 환경을 요구하지 않는 구조로서 안테나의 좁은 실장면적을 요구하는 무선시스템 분야에 적용 가능한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 소형 루프 안테나를 제공할 수 있다.Disclosed is a small square loop antenna having a capacitive cover structure that does not require a ground plane environment as well as achieves impedance matching with a simple structure by applying a capacitive cover structure. To this end, a small square loop antenna having a capacitive cover structure including a coaxial probe, a small loop antenna, a feed line, a capacitive cover structure, and a capacitor gap is provided. By using the small square loop antenna having the capacitive cover structure according to the present invention, it is possible to provide a small square loop antenna having a capacitive cover structure which improves the gain and the efficiency deterioration due to the miniaturization of the antenna. In addition, by using the capacitive cover structure, a small square small loop antenna having a capacitive cover structure applicable to a wireless system field requiring a small mounting area of the antenna as a structure that does not require a ground plane environment can be provided. .
Description
본 발명은 소형 루프 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 커패시티브 덮개 구조를 통해 소형화에 따른 이득과 효율의 저하 특성을 개선함은 물론, 접지면 환경을 이용하지 않아 실제적인 소형화가 가능하도록 한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a small loop antenna, and more particularly, to improve the gain and efficiency deterioration characteristics due to the miniaturization through the capacitive cover structure, as well as to enable practical miniaturization without using a ground plane environment. A small square loop antenna having a capacitive cover structure.
최근 무선 이동통신 기술의 발달로 인하여 사람들 간의 통신이 장소, 시간 및 환경 등의 방해를 받지 않고 이루어지고 있다. 그리고 이러한 무선 이동통신 기술의 발달로 인해 무선 이동통신 단말기의 소형화와 함께 음성과 고속 데이터 전송을 동시에 제공하는 멀티미디어 서비스를 제공하는 시스템에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.Recently, due to the development of wireless mobile communication technology, communication between people is performed without being disturbed by place, time and environment. Further, due to the development of the wireless mobile communication technology, many researches have been conducted on a system for providing a multimedia service that provides voice and high-speed data transmission simultaneously with miniaturization of a wireless mobile communication terminal.
이처럼 무선통신시스템이 급속도로 발전함에 따라 안테나의 용도가 매우 다양해지고 소형화되고 있는 추세이므로 소형안테나에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.As the wireless communication system develops rapidly, the use of antennas is diversified and miniaturized. Therefore, research on small antennas is being actively conducted.
소형안테나에 대한 연구가 활발히 진행됨에 따라 안테나의 소형화를 가능하게 하는 기술들이 개발되었으며, 그 기술들을 살펴보면 집중형 소자를 연결하여 안테나를 소형화시키는 방법, 높은 유전체 매질을 사용하여 안테나를 소형화시키는 방법, 접지면과 단락회로를 사용하여 안테나를 소형화시키는 방법 등이 있다.As research on small antennas has been actively conducted, technologies that enable the miniaturization of antennas have been developed.As a result, techniques for miniaturizing antennas by connecting concentrated elements, miniaturizing antennas using a high dielectric medium, There is a method of miniaturizing an antenna using a ground plane and a short circuit.
그러나 집중형 소자를 안테나 장치에 연결하는 방법은 저항, 커패시터, 인덕터 등의 집중소자를 직접 연결하여 안테나의 공진주파수의 조정을 간편하게 한다는 장점이 있으나, 집중소자 값에 따른 오차가 안테나의 효율을 저하시켜 안테나의 성능을 제한하는 문제점이 있다.However, the method of connecting the lumped element to the antenna device has the advantage of easily adjusting the resonance frequency of the antenna by directly connecting lumped elements such as resistors, capacitors, and inductors, but the error caused by the lumped element value decreases the antenna efficiency. There is a problem of limiting the performance of the antenna.
그리고 높은 유전체 매질을 사용하는 방법은 안테나의 관내파장을 작게 하여 안테나의 공진주파수를 낮추는 방법으로써, 유전율이 높은 영역에 전기장이 집중되기 때문에 대역폭이 줄고 많은 에너지의 축적으로 인해 안테나의 방사효율이 저하된다는 문제점이 있다.In addition, the method using a high dielectric medium decreases the resonance frequency of the antenna by reducing the internal tube wavelength of the antenna. Since the electric field is concentrated in the region of high dielectric constant, the bandwidth is reduced and the radiation efficiency of the antenna is reduced due to the accumulation of a lot of energy. There is a problem.
또한, 접지면과 단락회로를 이용하는 방법의 대표적인 예로는 PIFA(Planar Inverted F-Antenna)구조가 있는데 이는 공진형 안테나의 영점(null-voltage point)에 단락핀이나 단락판을 부설하여 공진형 안테나의 길이를 
위에서 언급한 안테나 소형화를 위한 방법들은 재시된 각각의 문제점 이외에 도 접지면을 활용하기 때문에 좁은 실장면적을 요하는 환경에서의 실제적인 소형화가 어렵다는 문제점이 있다.In addition to the problems described above, the aforementioned methods for miniaturizing the antenna have a problem that practical miniaturization in an environment requiring a small mounting area is difficult because the ground plane is used.
따라서 본 발명의 목적은 커패시턴스 성분의 덮개 구조를 적용하여 간단한 구조로 임피던스 정합을 이루도록 함은 물론, 접지면 환경이 요구되지 않는 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a small square loop antenna having a capacitive cover structure that does not require a ground plane environment as well as to achieve impedance matching with a simple structure by applying a capacitive cover structure.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 무선 주파수 신호를 급전하는 동축 프로브; 상기 동축 프로브를 통해 고주파 신호를 전달받도록 기판 일측면 상에 형성되어 상기 동축 프로브와 연결되는 급전선로; 상기 급전선로를 통해 고주파 신호를 전달받아 이를 공간상으로 방사하도록 상기 급전선로와 동일한 기판 일측면 상에 상기 급전선로와 연결되는 소형 루프 안테나; 상기 소형 루프 안테나와의 전자기적 결합(coupling)을 통하여 커패시티브 로딩 역할을 하도록 상기 소형 루프 안테나의 타측면에 형성된 커패시티브 덮개 구조; 및 상기 소형 루프 안테나의 타측면에 형성된 상기 커패시티브 덮개 구조에 부설되어 상기 소형 루프 안테나의 공진주파수를 결정토록 하는 커패시터 갭을 포함하는 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides a coaxial probe for feeding a radio frequency signal; A feed line formed on one side of a substrate to receive a high frequency signal through the coaxial probe and connected to the coaxial probe; A small loop antenna connected to the feed line on one side of the same substrate as the feed line so as to receive a high frequency signal through the feed line and radiate it into a space; A capacitive cover structure formed on the other side of the small loop antenna to serve as capacitive loading through electromagnetic coupling with the small loop antenna; And a capacitive gap attached to the capacitive cover structure formed on the other side of the small loop antenna to determine a resonance frequency of the small loop antenna.
본 발명에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 사용하면, 안테나의 소형화에 따른 이득과 효율의 저하를 개선한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 제공할 수 있다.By using the small square loop antenna having the capacitive cover structure according to the present invention, it is possible to provide a small square loop antenna having a capacitive cover structure which improves the gain and the efficiency deterioration due to the miniaturization of the antenna.
그리고 커패시티브 덮개 구조를 이용함으로써, 접지면 환경을 유구하지 않는 구조로서 안테나의 좁은 실장면적을 요구하는 무선시스템 분야에 적용 가능한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 소형 루프 안테나를 제공할 수 있다.In addition, by using a capacitive cover structure, a small square small loop antenna having a capacitive cover structure applicable to a wireless system field requiring a small mounting area of the antenna as a structure that does not have a ground plane environment can be provided. .
또한, 커패시티브 덮개 구조를 이용함으로써, 기존의 전기적 소형 안테나에 사용된 비유전 상수가 높은 기판을 사용하는 방식과 높은 제작비용이 요구되는 저온동시소성 세라믹 기법을 효과적으로 극복하여 기판 유전율에 따른 특성의 변화를 최소화한 커패시티브 덮개 구조를 이용한 전기적 소형 루프 안테나를 제공할 수 있다.In addition, by using a capacitive cover structure, the substrate dielectric constant is effectively overcome by the method of using a substrate having a high dielectric constant used in a conventional small electric antenna and a low temperature co-fired ceramic technique requiring high manufacturing cost. It is possible to provide an electrical small loop antenna using a capacitive shroud structure that minimizes the change of the signal.
또한, 커패시티브 덮개 구조에 부설된 커패시터 갭을 통하여 안테나의 공진주파수 조정이 용이하게 되고 기존의 전기적 소형 안테나의 단점인 임피던스정합 문제를 간단히 해결할 수 있으며 구조가 간단하고 제작이 용이하여 제작비용 절감이 가능한 전기적 소형 루프 안테나를 제공할 수 있다.In addition, it is easy to adjust the resonance frequency of the antenna through the capacitor gap attached to the capacitive cover structure, and it is possible to solve the impedance matching problem, which is a disadvantage of the existing small electric antenna, and to reduce the manufacturing cost by the simple structure and easy manufacturing. This makes it possible to provide an electrically small loop antenna.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 루프 안테나를 상세하게 설명한다. Hereinafter, a small loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일반적인 전기적 소형 안테나는 높은 리액턴스 성분을 갖게 되므로 안테나의 리액턴스부에 대한 정합이 이루어지지 않게 되면 안테나의 방사효율이 낮아지게 된다. 따라서 추가적인 리액턴스부의 정합 회로망이 필요하게 되며, 소형 루프 안테나의 경우에는 등가임피던스가 인덕턴스 성분을 갖고 소형 다이폴인 경우에는 커패시턴스 성분을 갖는다. 소형 안테나 주위에 커패시턴스 성분 또는 인덕턴스 성분을 갖는 구형 덮개 구조를 적용하면 전체적으로 LC 공진기 형태로 임피던스 정합이 이루어진다. 따라서 본 실시예에서는 커패시턴스 성분의 덮개 구조를 적용하여 간단한 구조로 임피던스 정합을 이룬 소형 루프 안테나를 제공하고자 한다. Since a general electric small antenna has a high reactance component, when the matching of the reactance portion of the antenna is not performed, the radiation efficiency of the antenna is lowered. Therefore, an additional reactance matching network is required. In the case of the small loop antenna, the equivalent impedance has an inductance component, and in the case of the small dipole, it has a capacitance component. Applying a spherical cover structure with capacitance or inductance around the small antenna results in impedance matching in the form of an LC resonator as a whole. Therefore, the present embodiment is to provide a small loop antenna having impedance matching with a simple structure by applying the cap structure of the capacitance component.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 기반으로 한 전기적 소형 루프 안테나의 개념도로써, 자유 공간 상에서 소형 루프 안테나는 주로 인덕턴스(inductance) 성분을 갖게 된다. 따라서 소형 루프 안테나는 등가적으로 인덕턴스(Leff)로 나타낼 수 있다. 높은 인덕턴스 값을 갖는 소형 루프 안테나 하단에 형성된 커패시티브 덮개 구조는 안테나의 전체적인 구조가 L-C 공진 회로를 구성하기 위해서 등가적으로 커패시턴스(capacitance)(Ceff) 값을 갖고 커패시티브(capacitive) 로딩 역할을 한다.Referring to FIG. 1, a conceptual diagram of an electrical small loop antenna based on a capacitive cover structure according to the present embodiment, in which a small loop antenna mainly has an inductance component. Therefore, the small loop antenna may be equivalently represented by inductance L eff . The capacitive cover structure formed under the small loop antenna with high inductance value has capacitive loading with equivalent capacitance (C eff ) so that the overall structure of the antenna constitutes the LC resonant circuit. Play a role.
그 결과 전기적 소형 루프 안테나의 인덕턴스 성분(Leff)과 커패시티브 덮개 구조의 커패시턴스 성분(Ceff)은 등가적으로 L-C 공진 회로를 이루어 공진 구조를 형성한다.As a result, the inductance component L eff of the electrical small loop antenna and the capacitance component C eff of the capacitive lid structure are equivalently formed by an LC resonance circuit to form a resonance structure.
이하 도면을 참조하여 각 구성요소별로 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, each component will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나는 무선 주파수 신호를 급전하는 동축 프로브(probe)(100)와, 상기 동축 프로브(100)를 통해 고주파 신호를 전달받도록 기판(10) 일측면 상에 형성되어 상기 동축 프로브(100)와 연결되는 급전선로(200)와, 상기 급전선로(200)를 통해 고주파 신호를 전달받아 이를 공간상으로 방사하도록 상기 급전선로(200)와 동일한 기판(10) 일측면 상에 형성되어 상기 급전선로(200)와 연결되는 소형 루프 안테나(300)와, 상기 소형 루프 안테나(300)와의 전자기적 결합(coupling)을 통하여 커패시티브 로딩 역할을 하도록 상기 소형 루프 안테나(300)가 형성된 기판(10) 일측면의 타측면에 형성된 커패시티브 덮개 구조(400), 및 상기 소형 루프 안테나(300)의 타측면에 형성된 상기 커패시티브 덮개 구조(400)에 부설되어 상기 소형 루프 안테나(300)의 공진주파수를 결정토록 하는 커패시터 갭(500)을 포함한다.2, a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to the present embodiment includes a
상기 기판(10)은 열적(熱的)·화학적 성질이 뛰어난 플루오르를 함유한 플라스틱의 일종인 테플론(teflon)을 사용하는 것이 바람직하다.As the substrate 10, it is preferable to use teflon, which is a kind of plastic containing fluorine having excellent thermal and chemical properties.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사 각형 루프 안테나는 기판(10)의 일측면에 상기 급전선로(200)와 소형 루프 안테나(300)가 연결되도록 설계되는 것이 바람직하고, 타측면에 상기 커패시티브 덮개 구조(400)와 상기 커패시티브 덮개 구조(400)에 부설된 상기 커패시터 갭(500)이 설계되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, the small square loop antenna having the capacitive cover structure according to the present embodiment is designed such that the
상기 급전선로(200)와 연결되는 상기 소형 루프 안테나(300)는 정사각형 모양으로 설계되는 것이 바람직하다.The
상기 커패시티브 덮개 구조(400)는 상기 소형 루프 안테나(300)가 형성되어 있는 상기 기판(10)의 하단 즉, 타측면에 정사각형 모양으로 형성되어 상기 소형 루프 안테나(300)의 덮개 역할을 한다. 상기 커패시티브 덮개 구조(400)는 상기 소형 루프 안테나(300)가 형성된 상기 기판(PCB)(10)의 하단(후면)에 PCB 에칭기술을 이용하여 간단한 공정으로 형성된다.The
상기 정사각형 모양으로 설계된 소형 루프 안테나(300)는 하단에 형성된 상기 커패시티브 덮개 구조(400)에 전자기적인 결합(coupling)이 발생하도록 하여 커패시티브(capacitive) 로딩이 효율적으로 이루어지도록 한다. 이러한 효율적인 커패시티브 로딩을 통해서 상기 소형 루프 안테나(300)의 임피던스 정합이 용이하게 이루어지도록 한다.The
상기 소형 루프 안테나(300) 하단에 형성된 커패시티브 덮개 구조(400)는 상기 소형 루프 안테나(300)로부터 야기된 자속에 의해서 커패시티브 덮개 구조(400) 에 전류가 여기 되고 이에 따라 상기 커패시티브 덮개 구조(400)에 부설된 커패시터 갭(500)에 강한 전계가 발생하게 된다. 이로 인해 상기 커패시티브 덮개 구조(400)는 커패시티브 로딩 역할과 전기적 소형 안테나의 추가적인 방사 소자로 동작한다. 이에 기존의 전기적 소형 안테나에서 문제점으로 지적되는 효율과 이득을 개선하고 간단한 구조로 L-C 공진회로 형태를 이루어 임피던스 정합이 효율적으로 이루어지도록 한다.The
도 2를 참조하면, 상기 커패시터 갭(500)은 상기 커패시티브 덮개 구조(400)에 부설된다.Referring to FIG. 2, the
상기 커패시터 갭(500)은 평행을 이루는 쌍으로 형성되되, 상기 소형 루프 안테나(300)를 향하도록 상기 커패시티브 덮개 구조(400)로부터 수직하향 되는 형상으로 부설되는 것이 바람직하다.The
보다 상세히 설명하면, 상기 커패시터 갭(500)은 본 발명의 안테나에 전류가 인가됨에 따라 강한 전계를 형성하게 되고, 인가된 전계에 의해 커패시턴스가 발생된다. 이렇게 발생된 커패시턴스는 상기 소형 루프 안테나(300)의 인덕턴스 성분과 정합되어 공진하게 된다.In more detail, the
이에 상기 커패시터 갭(500)의 간격과 길이 조절에 의한 커패시턴스 값의 변화로 인하여 상기 소형 루프 안테나(300)의 공진주파수가 결정된다.Accordingly, the resonance frequency of the
이처럼 상기 커패시티브 덮개 구조(400)에 부설된 커패시터 갭(500)의 간격과 길이를 조절하여 상기 소형 루프 안테나(300)의 공진주파수의 조정이 가능하다.As such, the resonance frequency of the
상기 급전선로(200)는 상기 동축 프로브(100)로부터 전달된 고주파 신호를 방사에는 기여하지 않고 상기 소형 루프 안테나(300)로 전달한다. 이를 위해 상기 급전선로(200)는 상기 동축 프로브(100)와 상기 소형 루프 안테나(300) 사이에 연결되도록 설계되는 것이 바람직하다.The
그리고 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나는 접지면 환경을 이용하지 않는다.2, the small square loop antenna having the capacitive cover structure according to the present embodiment does not use a ground plane environment.
보다 상세히 설명하면, 상기 커패시티브 덮개 구조(400)를 상기 소형 루프 안테나(300) 하단에 부설하여 상기 소형 루프 안테나(300) 주위를 감싸고 있는 형상을 갖도록 한다. 이는 상기 커패시티브 덮개 구조(400)의 커패시터 갭(500)에 강한 전계가 유기되게 함으로써 커패시티브 로딩 효과를 통하여 전체적으로 L-C 공진회로 구조로 동작하게 하고 접지면을 이용하지 않는 구조로 실제적인 안테나의 소형화를 이루도록 한다. 이는 또한 간단한 구조로 일반적인 유전체 기판에 설계 가능하므로 추가적인 구조물을 필요로 하지 않는다.In more detail, the
즉, 상기 커패시티브 덮개 구조(400)는 접지면 환경이 요구되지 않는 커패시티브 로딩이 가능하다.In other words, the
상술한 바와 같이 본 발명의 소형 루프 안테나(300)에 여기 된 자속은 소형 루프 안테나(300) 주위를 감싸고 있는 커패시티브 덮개 구조(400)에 전류를 인가시 키고 커패시터 갭(500)에 발생하는 강한 전계에 커패시턴스 로딩 효과를 통하여 급전부에서의 추가적인 정합회로망 없이 효율적으로 임피던스정합이 이루어진다. 따라서 소형 루프 안테나(300)로부터 야기된 자속에 의해 동작하는 커패시티브 덮개 구조(400)가 안테나의 주방사에 기여하게 되고 접지면 환경이 요구되지 않게 된다.As described above, the magnetic flux excited by the
일반적인 전기적 소형 루프 안테나의 경우 루프를 이루고 있는 면적과 루프를 감은 횟수에 따라 안테나의 방사저항이 결정된다. 이는 아래의 수학식 1에 의해 알 수 있다.In the case of a general electric small loop antenna, the radiation resistance of the antenna is determined by the area of the loop and the number of times the loop is wound. This can be seen by Equation 1 below.
[수학식 1][Equation 1]
상기 수학식 1에서 S는 루프의 단면적을 나타낸다.In Equation 1, S represents the cross-sectional area of the loop.
따라서 소형 루프 안테나(300)와의 전자기적인 결합(coupling)에 의해 주방사에 기여하는 커패시티브 덮개 구조(400)가 넓은 면적을 차지하는 구조로 인하여 안테나가 높은 방사저항을 갖게 되어 안테나의 방사효율 및 이득이 증대된다.Therefore, due to the structure that the
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나의 동작에 대해서 상세히 설명하기로 한다.The operation of the small square loop antenna having the capacitive lid structure of the present invention configured as described above will be described in detail.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사 각형 소형 루프 안테나를 설명하기 위한 전계의 법선 성분을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing a normal component of an electric field for explaining a small square small loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
보다 상세히 설명하면, 도 3은 911MHz에서의 전계 법선 성분을 나타낸 것으로, 이는 본 발명의 커패시티브 덮개 구조(400)에 여기 되는 커패시턴스 성분을 보여주기 위함이다.More specifically, FIG. 3 shows the field normal component at 911 MHz, to show the capacitance component excited to the
도 3을 참조하면, 공진 주파수에서 전계의 법선 성분을 살펴보면, 커패시티브 덮개 구조의 커패시터 갭을 통하여 매우 강한 전계가 여기 됨을 알 수 있다. 이를 통하여 커패시티브 덮개 구조(400)가 소형 루프 안테나(300)의 인덕턴스 성분과 정합되기 위한 커패시턴스 성분을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, when looking at the normal components of the electric field at the resonant frequency, it can be seen that a very strong electric field is excited through the capacitor gap of the capacitive cover structure. Through this, it can be seen that the
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 표면 전류 밀도를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the surface current density for explaining a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
보다 상세히 설명하면, 도 4는 911MHz에서의 표면 전류 밀도를 나타낸 것으로, 이는 본 발명의 소형 루프 안테나(300)와 커패시티브 덮개 구조(400)에 형성되는 인덕턴스 성분을 보여주기 위함이다.More specifically, Figure 4 shows the surface current density at 911MHz, to show the inductance components formed in the
도 4를 참조하면, 소형 루프 안테나와 그 주위의 커패시티브 덮개 구조에 흐르는 전류의 방향이 반대임을 알 수 있다. 또한, 전류 밀도가 외부의 커패시티브 덮개 구조에 집중되는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 커패시티브 덮개 구조가 주방사에 기여함을 알 수 있고 커패시티브의 넓은 루프 면적에 의해 높은 방사저항을 갖고 그에 따라 안테나의 방사효율 및 이득이 향상된다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the direction of the current flowing in the small loop antenna and the capacitive cover structure around it is reversed. In addition, it can be seen that the current density is concentrated in the external capacitive cover structure. Through this, it can be seen that the capacitive cover structure of the present invention contributes to the kitchen, and has a high radiation resistance by the large loop area of the capacitive capacitive structure, thereby improving the radiation efficiency and gain of the antenna.
상술한 바와 같이 커패시티브 덮개 구조를 이용한 전기적 소형 루프 안테나 는 도 1에 제시된 개념도와 같은 양상을 나타낸다.As described above, the electric small loop antenna using the capacitive cover structure has an aspect similar to that of the conceptual diagram shown in FIG. 1.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 커패시티브 덮개 구조의 방사 소자를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나의 반사손실 특성, 입력 임피던스 특성 및 방사 패턴을 나타낸 도면이다.5 to 8 are diagrams showing the reflection loss characteristics, the input impedance characteristics and the radiation pattern of the small square loop antenna having the radiation element of the capacitive cover structure according to the present invention.
보다 상세히 설명하면, 도 5는 본 발명의 전기적 소형 루프 안테나의 반사손실 특성을 나타낸 그래프이다. 임피던스 대역폭(VSWR≤2)은 5.8㎒이며, 공진 주파수가 906MHz이다.In more detail, Figure 5 is a graph showing the return loss characteristics of the electrical small loop antenna of the present invention. The impedance bandwidth VSWR ≤ 2 is 5.8 MHz and the resonance frequency is 906 MHz.
Chu에 의해 정의된, 전기적인 소형 안테나의 크기는 수학식 2와 같이 정의되고 있다.The size of the electric small antenna, defined by Chu, is defined as in Equation 2.
[수학식 2][Equation 2]
상기 수학식 2에서 k는 안테나 공진주파수의 파수이고 a는 안테나의 최대 크기를 둘러싼 구의 반경을 나타낸다.In Equation 2, k is the wave number of the antenna resonant frequency and a represents the radius of the sphere surrounding the maximum size of the antenna.
상술한 Chu의 전기적 소형 안테나에 대한 이론을 통해 계산된 본 발명의 전기적 소형 루프 안테나의 크기는 ka=0.34를 나타내었다. The size of the electric small loop antenna of the present invention calculated through the theory of the electric small antenna of Chu described above is ka = 0.34.
이와 같은 수치는 Chu가 제시한 전기적 소형 안테나의 기준에 비해 낮은 값을 가지므로 전기적으로 매우 소형화되었음을 알 수 있다.Such a numerical value is lower than that of the electric miniature antenna proposed by Chu, and thus it can be seen that the electrical miniaturization is very small.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 스미스차트 상의 입력 임피던스이다.6 is an input impedance on a Smith chart for explaining a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 도 6의 스미스차트 상의 입력 임피던스는 HP8753ES Vector Network Analyzer를 이용하여 측정한 결과 공진주파수 906MHz에서 50Ω에 정합되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the input impedance on the Smith chart of FIG. 6 is matched to 50 Ω at a resonance frequency of 906 MHz as measured using the HP8753ES Vector Network Analyzer.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 2차원 방사패턴들이다.7 to 8 are two-dimensional radiation patterns for explaining a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 전기적 소형 루프 안테나가 일반적인 전기적 소형 안테나와 유사한 준 등방성의 방사패턴을 나타냄을 알 수 있다. 최대이득은 공진주파수 906MHz에서 -0.59dBi를 나타내었으며, 방사효율은 42.85%로 나타났다. 7 to 8, it can be seen that the electrical small loop antenna of the present invention exhibits a quasi-isotropic radiation pattern similar to that of a general electrical small antenna. The maximum gain was -0.59dBi at 906MHz and the radiation efficiency was 42.85%.
측정된 방사 패턴의 결과를 표 1을 통해 나타내면 다음과 같다.The results of the measured radiation pattern are shown in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음 을 이해할 수 있을 것이다.While the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. I can understand that you can.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 가지는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 전계의 법선 성분을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing a normal component of an electric field for explaining a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 표면 전류 밀도를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the surface current density for explaining a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 반사손실 그래프이다.5 is a reflection loss graph for explaining a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 스미스차트 상의 입력 임피던스이다.6 is an input impedance on a Smith chart for explaining a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 커패시티브 덮개 구조를 갖는 소형 정사각형 루프 안테나를 설명하기 위한 2차원 방사패턴들이다.7 to 8 are two-dimensional radiation patterns for explaining a small square loop antenna having a capacitive cover structure according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *Brief description of the main parts of the drawing
10 : 기판 100 : 동축 프로브 10: substrate 100: coaxial probe
200 : 급전선로 300 : 소형 루프 안테나200: feeder line 300: small loop antenna
400 : 커패시티브 덮개 구조 500 : 커패시터 갭400: capacitive cover structure 500: capacitor gap
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