KR101043339B1 - Wide band antenna - Google Patents
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Abstract
무선 근거리 네트워크(Wireless Local Area Network; WLAN)에 이용될 수 있는 넓은 주파수 대역을 가지면서 작은 크기와 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 광대역 안테나가 제공된다. 본 발명에 따른 광대역 안테나는 제 1 안테나부, 급전선, 제 2 안테나부, 커넥터 연결부 및 한 변이 접지되는 스터브를 포함하며, 스터브와 제 1 안테나부 또는 제 2 안테나부와 커플링됨으로써 주파수 대역이 증가될 수 있다. There is provided a wideband antenna having a wide frequency band that can be used for a wireless local area network (WLAN), which can be manufactured in a small size and at a low cost. The broadband antenna according to the present invention includes a first antenna portion, a feed line, a second antenna portion, a connector connection portion and a stub grounded on one side thereof, and the frequency band is increased by being coupled with the stub and the first antenna portion or the second antenna portion. Can be.
보우 타이 안테나, 공진, 스터브 Bow Tie Antenna, Resonance, Stub
Description
도 1은 종래의 보우 타이 안테나의 평면도이다.1 is a plan view of a conventional bow tie antenna.
도 2a 및 도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 평면도와 저면도이다.2A and 2B are a plan view and a bottom view of a broadband antenna according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나의 평면도이다.3 is a plan view of a broadband antenna according to another embodiment of the present invention.
도 4a는 본 발명에 따른 광대역 안테나의 등가 회로도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 광대역 안테의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.4A is an equivalent circuit diagram of a broadband antenna according to the present invention, and FIG. 4B is a graph showing the frequency characteristics of the broadband antenna according to the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 주파수에 대한 반사 손실을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the return loss with respect to the frequency of the broadband antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 각도에 대한 이득을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing a gain with respect to the angle of the broadband antenna according to an embodiment of the present invention.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 2 차원 E-plane 방사 패턴을 나타내는 그래프이고, 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 3 차원 E-plane 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.7A is a graph showing a two-dimensional E-plane radiation pattern of a broadband antenna according to an embodiment of the present invention, Figure 7b is a graph showing a three-dimensional E-plane radiation pattern of a broadband antenna according to an embodiment of the present invention to be.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나의 주파수에 대한 반사 손실을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the return loss with respect to the frequency of the broadband antenna according to another embodiment of the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
21, 31: 제 1 안테나부21, 31: first antenna unit
22a, 34a, 34b: 제 2 안테나부22a, 34a, 34b: second antenna portion
23, 32: 급전선23, 32: feeder
24a, 24b, 36a, 36b: 스터브24a, 24b, 36a, 36b: stubs
25a, 25b, 33a, 33b, 37: 커넥터 연결부25a, 25b, 33a, 33b, 37: connector connection
35: 발룬35: balun
본 발명은 광대역 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 근거리 네트워크(Wireless Local Area Network; WLAN)에 이용될 수 있는 넓은 주파수 대역을 가지면서 작은 크기와 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 광대역 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근에 인터넷의 보급과 멀티미디어 자료의 급격한 증가에 의해서 초고속 통신망에 대한 수요가 늘어가고 있다. 특히 휴대용 컴퓨터나 피디에이(Personal Digital Assitant; PDA)의 보급이 확산됨에 따라 장소에 상관없이 네트워크에 접속하고자 하는 요구가 늘어나면서 무선 근거리 네트워크에 대한 관심이 급증하고 있다. 무선 근거리 통신 네트워크는 유선 근거리 통신 네트워크에 비해서 데이터 전송률은 떨어지지만, 이동성, 휴대성 및 간편성 등의 이점을 가질 수 있기 때문에 다양한 응용 분야에서 무선 근거리 통신 네트워크을 통하여 넓은 주파수 대역에서 다양한 서비스가 제공되고 있다. 무선 근거리 통신 네트워크 시스템을 구성하는 중요한 요소 중 하나인 안테나는 이러한 다양한 서비스를 효과적으로 제공하도록 넓은 주파수 대역을 갖는 것이 필수적이다.Recently, due to the spread of the Internet and the rapid increase of multimedia data, the demand for high speed communication network is increasing. In particular, with the proliferation of portable computers and personal digital assistants (PDAs), there is an increasing interest in wireless local area networks as demands for connecting to a network are increased regardless of a place. Although the wireless local area network has a lower data rate than the wired local area network, the wireless local area network may have advantages such as mobility, portability, and simplicity, so that various services are provided in a wide frequency band through a wireless local area network in various applications. . An antenna, which is one of important components of a wireless local area network system, needs to have a wide frequency band to effectively provide such various services.
도 1을 참조하여 종래의 보우 타이(bow tie) 안테나에 대해서 설명한다. 일반적으로 보우 타이 안테나는 2 개의 삼각형의 금속 도체 패턴(11, 12)을 보우 타이 형상으로 형성하고 급전선(13, 14)을 통해서 전압을 공급받아 2 개의 삼각형의 금속 도체 패턴(11, 12)의 양방향으로 방사하며, 주파수 광대역 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나 종래의 보우 타이 안테나는 급전선(특히, 접지 전압 급전선)으로 무한히 큰 도체 패턴을 요구하고 있어서, 실제의 통신 네트워크 시스템에 이용되는데 어려움이 있었다.A bow tie antenna according to the related art will be described with reference to FIG. 1. In general, a bow tie antenna forms two triangular
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 무선 근거리 네트워크(Wireless Local Area Network; WLAN)에 이용될 수 있는 넓은 주파수 대역을 가지면서 작은 크기와 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 광대역 안테나를 제공하고자 하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a wideband antenna that can be manufactured at a small size and at a low cost while having a wide frequency band that can be used for a wireless local area network (WLAN).
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나는 유전체 기판의 제 1 면에 사다리꼴의 금속 도체로 형성되어 있는 제 1 안테나부, 상기 유전체 기판의 제 1 면에 상기 제 1 안테나부의 단변의 중앙에 연결되고 금속 도체로 형성되어 상기 제 1 안테나부에 전압을 공급하는 급전선, 상기 유전체 기판의 제 1 면에 상기 급전선과 이격되어 상기 급전선이 끝나는 부분의 상부 또는 하부에 금속 도체로 형성되어 있는 제 1 커넥터 연결부, 상기 유전체 기판의 제 2 면에 노치(notch) 형상의 금속 도체로 상기 제 1 안테나부와 겹쳐지지 않도록 형성되어 있고, 상기 제 1 안테나부의 단변과 상기 노치 형상의 꼭지부가 마주 보도록 형성되는 제 2 안테나부, 상기 유전체 기판의 제 2 면에 상기 급전선에 대향하여 상기 제 2 안테나부의 꼭지부에 연결되도록 금속 도체로 형성되는 발룬(balun), 상기 유전체 기판의 제 2 면에 상기 발룬의 상기 제 2 안테나부의 꼭지부와 연결되지 않는 변과 연결되어 금속 도체로 형성되는 제 2 커넥터 연결부 및 상기 유전체 기판의 제 2 면에 상기 제 2 안테나부와 상기 발룬 사이에 상기 제 2 커넥터 연결부에 연결되도록 금속 도체로 형성되는 스터브(stub)를 포함한다.The broadband antenna according to an embodiment of the present invention for achieving the technical problem is a first antenna portion formed of a trapezoidal metal conductor on the first surface of the dielectric substrate, the first antenna on the first surface of the dielectric substrate A feed line connected to the center of the short side of the portion and formed of a metal conductor to supply a voltage to the first antenna portion, and a metal conductor above or below the portion where the feed line ends, spaced apart from the feed line on the first surface of the dielectric substrate; A first connector connection portion formed and a notch-shaped metal conductor formed on the second surface of the dielectric substrate so as not to overlap with the first antenna portion, the short side of the first antenna portion and the notch-shaped nipple A second antenna portion formed to face an additional portion, and a nipple of the second antenna portion opposed to the feed line on a second surface of the dielectric substrate; A balun formed of a metal conductor to be connected to the second connector; a second connector connection part formed of a metal conductor connected to a side of the dielectric substrate that is not connected to a corner of the second antenna part of the balun; and A second surface of the dielectric substrate includes a stub formed of a metal conductor to be connected to the second connector connection portion between the second antenna portion and the balun.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나는 유전체 기판의 일면에 사다리꼴의 금속 도체로 형성되어 있는 제 1 안테나부, 상기 제 1 안테나부의 단변의 중앙에 연결되고 금속 도체로 형성되어 상기 제 1 안테나부에 전압을 공급하는 급전선, 노치(notch) 형상의 제 1 가지는 상기 제 1 안테나부 및 상기 급전선과 이격되어 상기 급전선의 상부에 형성되고, 상기 노치 형상의 제 2 가지는 상기 급전선의 상부에 상기 급전선과 평행하게 연장되어 금속 도체로 형성되는 제 2 안테나부, 노치 형상의 제 1 가지는 상기 제 1 안테나부 및 상기 급전선과 이격되어 상기 급전선의 하부에 형성되고, 상기 노치 형상의 제 2 가지는 상기 급전선의 하부에 상기 급전선과 평행하게 연장되어 금속 도체로 형성되는 제 3 안테나부, 상기 제 2 안테나부 및 제 3 안테나부의 제 2 가지와 연결되도록 금속 도체로 형성되는 커넥터 연결부 및 상기 제 2 안테나부 또는 제 3 안테 나부의 가지들 사이에 금속 도체로 형성되고, 한 변이 상기 커넥터 연결부에 연결되어 형성되는 스터브를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wideband antenna including a first antenna part formed of a trapezoidal metal conductor on one surface of a dielectric substrate and a metal conductor connected to a center of a short side of the first antenna part. A first branch having a feed line and a notch shape, the first branch having a notch shape and spaced apart from the first antenna portion and the feed line, the second branch having the notched shape A second antenna portion extending in parallel with the feed line and formed of a metal conductor on an upper portion of the feed line; a first branch having a notch shape is formed below the feed line and spaced apart from the first antenna portion and the feed line; The second branch is a third antenna portion extending in parallel with the feed line in the lower portion of the feed line is formed of a metal conductor, the second A connector connection part formed of a metal conductor to be connected to the second branch of the antenna part and the third antenna part, and a metal conductor between the branches of the second antenna part or the third antenna part, and one side is connected to the connector connection part Stub to be formed.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 2a 및 도 2b를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나에 대해서 상세히 설명한다. 도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 평면도이고, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 저면도이다.2A and 2B, a broadband antenna according to an embodiment of the present invention will be described in detail. 2A is a plan view of a broadband antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a bottom view of the broadband antenna according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나는 제 1 안테나부(31), 급전선(32), 제 1 커넥터 연결부(33), 제 2 안테나부(34), 발룬(35), 스터브(36) 및 제 2 커넥터 연결부(37)를 포함한다.The broadband antenna according to the embodiment of the present invention includes a
제 1 안테나부(31)는 유전체 기판의 일면(30a)에 사다리꼴의 금속 도체로 형성되어 있으며, 제 2 안테나부(34)는 유전체 기판의 다른 일면(30b)에 노치(notch) 형상의 금속 도체로 제 1 안테나부(31)와 겹치지 않도록 형성되어 있고, 제 1 안테 나부(31)의 단변의 중앙에 노치 형상의 꼭지부(38)가 이격되어 형성되며, 제 1 안테나부(31)와 제 2 안테나부(34)는 보우 타이(bow tie) 안테나를 구성한다. 그리고 제 1 안테나부(31)는 반드시 사다리꼴 형상으로 형성되어야 하는 것은 아니며, 도 2a에 도시된 것과 같이 다수의 가지(31a,31b,31c)를 가지지만 전체적으로는 사다리꼴인 형상으로 형성 가능하며, 제 2 안테나부(34) 또한 다양한 형상으로 형성 가능하다.The
급전선(32)은 유전체 기판의 일면(30a)에 제 1 안테나부(31)의 단변의 중앙에 연결되고 금속 도체로 형성되어 제 1 안테나부(31)에 전압을 공급하며, 발룬(balun; 35)은 유전체 기판의 다른 일면(30b)에 급전선(32)에 대향하여 금속 도체로 제 2 안테나부(34)의 꼭지부(38)에 연결되어 형성되고, 제 2 안테나부(34)의 꼭지부(38)로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼(taper) 형상으로 형성되어 불평형 상태의 전류 모드를 평형 상태의 전류 모드로 변환시킨다. 그리고 발룬(35)은 제 2 안테나부(34a, 34b)의 내부에 형성되어 안테나 전체의 크기를 줄이게 된다.The
제 1 커넥터 연결부(33)는 유전체 기판의 일면(30a)에 급전선(32)과 이격되어 급전선(32)이 끝나는 부분의 상부에 금속 도체로 형성되는 제 3 커넥터 연결부(33a) 또는 유전체 기판의 일면(30a)에 급전선(32)과 이격되어 급전선(32)이 끝나는 부분의 하부에 제 3 커넥터 연결부(33a)에 상하 대칭으로 금속 도체로 형성되는 제 4 커넥터 연결부(33b)로 구성되며, 동축케이블(coaxial) 커넥터와 연결된다. 제 1 커넥터 연결부(33)는 유전체 기판의 일면(30a)에 제 3 커넥터 연결부(33a)와 제 4 커넥터 연결부(33b)를 모두 구비해야 되는 것은 아니지만 제 3 커넥터 연결부 (33a)와 제 4 커넥터 연결부(33b)를 모두 구비함으로써 동축 케이블 커넥터와 보다 효율적으로 연결된다.The first
제 2 커넥터 연결부(37)는 유전체 기판의 다른 일면(30b)에 스터브(36a, 36b)에 연결되고, 발룬(35)의 제 2 안테나부(34a, 34b)의 꼭지부와 연결되지 않는 변과 연결되도록 금속 도체로 형성되어 동축케이블(coaxial) 커넥터와 연결된다.The second
스터브(36)는 유전체 기판의 다른 일면(30b)에 제 2 안테나부(34)와 발룬(35) 사이에 제 2 커넥터 연결부(37)에 연결되도록 금속 도체로 형성되고, 제 2 커넥터 연결부(37)에 연결되어 형성됨으로써 스터브(36)의 한 변이 접지된다. 한 변이 접지되어 있는 스터브(36)는 접지에서 전류 분포의 섭동(perturbation)을 유발시켜 유한한 접지 크기를 갖도록 한다. 따라서 전체 안테나의 크기를 줄일 수 있다.The
스터브(36)는 유전체 기판의 다른 일면(30b)에 제 2 안테나부(34)의 상부(34a)와 발룬(35) 사이에 제 2 안테나부(34)의 상부(34a) 및 발룬(35)과 각각 이격되어 형성되는 제 1 스터브(36a) 또는 제 2 안테나부(34)의 하부(34b)와 발룬(35) 사이에 제 2 안테나부(34)의 하부(34b) 및 발룬(35)과 각각 이격되어 형성되며 제 1 스터브(36a)에 상하 대칭으로 형성되는 제 2 스터브(36b)로 구성된다.The
도 4a는 본 발명에 따른 광대역 안테나의 등가 회로도이다. 도 4a에 도시된 등가 회로는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나에 대해 다음과 같은 관계를 가지는 것으로 설명될 수 있다. L1,C1 및 R1은 제 1 안테나부(31) 및 제 2 안테나부(34)에 대응되며, L2,C2 및 R2는 스터브(36)에 대응된다. 스터브(36)의 한 변이 접지되어 있으므로, L2,C2 및 R2를 포함하는 공진 회로 또한 접지되어 있다. 도 4a의 L1 과 L2 사이의 결합 계수 M은 제 1 안테나부(31)/ 제 2 안테나부(34)와 스터브(36)사이의 방사 커플링을 나타낸다. 저항 R3는 제 1 안테나부(31) 및 제 2 안테나부(34)를 구동하는 미도시된 RF 신호 소스의 저항을 나타낸다. 한편, R1은 제 1 안테나부(31) 및 제 2 안테나부(34)의 실제 컨덕터의 유한한 전도성에 기인한 전자기 에너지 방출(dissipation)에 관련된 비방사 손실(non-radiation loss)을 나타낸다. R2는 스터브(36)의 방출 및 방사 손실을 나타내며, R4는 제 1 안테나부(31) 및 제 2 안테나부(34)의 방사 손실을 나타낸다. 4A is an equivalent circuit diagram of a broadband antenna according to the present invention. The equivalent circuit illustrated in FIG. 4A may be described as having the following relationship with respect to a broadband antenna according to an embodiment of the present invention. L1, C1, and R1 correspond to the
도 4a의 등가 회로도는 본 발명에 따른 광대역 안테나의 개략적인 등가 회로도로서, 단지 안테나의 커플링 효과에 따른 동작 주파수 대역의 확장을 설명하기 위한 목적으로만 도시된 것이다. 한편, 이와 같은 등가 회로도의 사용은 안테나 이론에서 일반적인 것이다(Constantine A. Balanis, "Antenna Theory Analysis and Design", Second Edition, John Wiley & Sons, Inc. New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, page 567, Figure 11.15 참조)The equivalent circuit diagram of FIG. 4A is a schematic equivalent circuit diagram of a broadband antenna according to the present invention, which is shown only for the purpose of explaining the extension of the operating frequency band according to the coupling effect of the antenna. On the other hand, the use of equivalent circuit diagrams is common in antenna theory (Constantine A. Balanis, "Antenna Theory Analysis and Design", Second Edition, John Wiley & Sons, Inc. New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, page 567, see Figure 11.15)
도 4b를 참조하여 한 변이 접지되어 있는 스터브(36)와 제 1 안테나부(31) 또는 제 2 안테나부(34)와의 상호 작용을 설명한다. 도 4b는 본 발명에 따른 광대역 안테나의 주파수 특성을 나타내는 그래프이다.Referring to FIG. 4B, the interaction between the
스터브(36)는 스터브(36)와 제 1 안테나부(31) 또는 제 2 안테나부(34)가 커플링되어 유도되는 커플링 임피던스와 상기 전류 분포의 섭동으로 인하여 입력 임피던스에 영향을 받는다. 그리고 상술한 커플링 임피던스 또는 전류 분포의 섭동으 로 인하여 안테나 정합이 향상될 수 있으며, 방사 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들면 커플링을 통해서 안테나에 유도되는 리액턴스(reactance)는 안테나의 초기 리액턴스를 상쇄할 수 있으므로 방사 효율을 증가시킬 수 있다. 결국 도 4b에 도시된 것처럼, 스터브(36)와 제 1 안테나부(31) 또는 제 2 안테나부(34)가 커플링이 발생되는 경우가 스터브(36)가 존재하지 않아 커플링이 발생되지 않는 경우에 비해서 주파수 대역이 증가함을 알 수 있다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 "Coupling OFF"는 R3 및 L1, C1, R1을 포함하는 회로에 의해 방출된 RF 파워와 R4에 의해 방출된 RF 파워의 비를 dB로 나타낸 것이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, R1에서의 손실이 매우 작다고 가정할 때, "Coupling OFF"로 표시된 곡선은 공진 주파수에서 모든 파워가 R3에서 R4로 전달되는 것을 나타낸다. 광대역 안테나에서 이것은 R3로 표현된 신호 소스에서 전송된 모든 파워가 R4로 표현된 외부 공간으로 방출되는 것을 나타낸다. 즉, 모든 입사 파워가 방사되고 신호 소스(R3)로 되돌아오는 파워가 없음을 나타내며, 이에 따라 공진 주파수 근처에서 광대역 안테나는 높은 방사 효율을 가지게 된다. The
한편, 도 4B의 "Coupling ON" 으로 표시된 곡선은 커플링 효과가 발생할 경우에 주파수가 확장되는 것을 도시한다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나에서, 스터브(36a, 36b)와 같은 커플링된 공진 소자를 안테나 구조에 포함시킴으로써, 높은 방사 효율과 함께 안테나 대역을 확장시킬 수 있음을 나타낸다. On the other hand, the curve labeled “Coupling ON” in FIG. 4B shows that the frequency is expanded when the coupling effect occurs. That is, in the broadband antenna according to an embodiment of the present invention, by including a coupled resonant element such as the stubs (36a, 36b) in the antenna structure, it indicates that the antenna band can be extended with high radiation efficiency.
한편, 후술될 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나에서는 스터브(24a, 24b)가 일실시예의 스터브(36a, 36b)와 같은 역할을 하게 된다. On the other hand, in the broadband antenna according to another embodiment of the present invention to be described later, the
스터브(36)와 제 1 안테나부(31) 또는 제 2 안테나부(34)와 커플링되는 공진 주파수는 제 1 안테나부(31) 또는 제 2 안테나부(34)가 방사하는 주파수 대역내에서 발생하며 스터브(36)의 길이는 공진 주파수의 1/4 정도인 것이 바람직하다.The resonant frequency coupled with the
스터브(36)는 유전체 기판의 다른 일면(30b)에 제 1 스터브(36a)와 제 2 스터브(36b)를 모두 구비해야 되는 것은 아니지만 제 1 스터브(36a)와 제 2 스터브(36b)를 모두 구비함으로써 제 1 안테나부(31) 또는 제 2 안테나부(34)와 커플링은 더욱 효과적으로 발생되어 주파수 대역이 더욱 증가할 수 있다. 그리고 스터브(36)는 급전선(32)과 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.The
본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나는 제 1 안테나부(31)와 제 2 안테나부(34) 이외에 발룬(35)과 스터브(36)를 더 구비함으로써 안테나 전체의 크기는 작아지고 그 구조는 간단해져 저렴한 비용으로 제조될 수 있다. 그리고 스터브(36)와 제 1 안테나부(31) 또는 제 2 안테나부(34)와의 커플링으로 인하여 보다 넓은 주파수 대역을 가질 수 있다.The broadband antenna according to an embodiment of the present invention further includes a
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 주파수에 대한 반사 손실을 나타내는 그래프이다. 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나는 도 5에 도시된 것처럼, 시뮬레이션한 결과 10 dB 반사 손실의 주파수 대역이 4.63 GHz에서 6.37 GHz(32%)임을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나는 무선 근거리 통신 네트워크(Wireless Local Area Network; WLAN)의 주파수 대역을 규정하는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11a의 표준에 적합하므로 무선 근거리 통신 네트워크에 적용될 수 있다.5 is a graph showing the return loss with respect to the frequency of the broadband antenna according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the broadband antenna according to the exemplary embodiment of the present invention shows that the frequency band of the 10 dB return loss is 4.37 GHz to 6.37 GHz (32%). Therefore, the broadband antenna according to the embodiment of the present invention is suitable for the IEEE 802.11a standard that defines the frequency band of a wireless local area network (WLAN), so that the wireless local area network Can be applied to
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 각도에 대한 이득을 나타내는 그래프이며, 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나는 최대 이득이 2 dBi임을 알 수 있다.FIG. 6 is a graph showing a gain for an angle of a broadband antenna according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, it can be seen that the broadband gain according to an embodiment of the present invention has a maximum gain of 2 dBi. .
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 2 차원 E-plane 방사 패턴을 나타내는 그래프이며, 도 7a에 도시된 것처럼, 2 차원적으로 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나는 특정 방향에 대한 방향성을 가지지 않는 것을 알 수 있다. 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나의 3 차원 E-plane 방사 패턴을 나타내는 그래프이며, 도 7b에 도시된 것처럼, 3 차원적으로도 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 안테나는 특정 방향에 대한 방향성을 가지지 않는 것을 알 수 있다.FIG. 7A is a graph illustrating a two-dimensional E-plane radiation pattern of a broadband antenna according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7A, a broadband antenna according to an embodiment of the present invention in two dimensions is provided in a specific direction. It can be seen that there is no orientation for. FIG. 7B is a graph showing a three-dimensional E-plane radiation pattern of a broadband antenna according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7B, the broadband antenna according to an embodiment of the present invention may be specified in three dimensions. It can be seen that there is no directionality to the direction.
도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나의 평면도이다.A broadband antenna according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. 3 is a plan view of a broadband antenna according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나는 제 1 안테나부(21), 급전선(23), 연결부 25a 및 연결부 25b를 포함하는 커넥터 연결부(25), 제 2 안테나부(22a), 제 3 안테나부(22b) 및 스터브(24)를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a broadband antenna includes a
제 1 안테나부(21)는 유전체 기판의 일면(20)에 사다리꼴의 금속 도체로 형성되며, 제 2 안테나부(22a)는 유전체 기판의 일면(20)에 노치(notch) 형상의 제 1 가지(branch)가 제 1 안테나부(21) 및 급전선(23)과 이격되어 급전선(23)의 상부에 형성되고, 노치 형상의 제 2 가지가 급전선(23)의 상부에 급전선(23)과 평형하게 연장되도록 금속 도체로 형성된다. 제 3 안테나부(22b)는 유전체 기판의 일면(20) 에 노치(notch) 형상의 제 1 가지가 제 1 안테나부(21) 및 급전선(23)과 이격되어 급전선(23)의 하부에 형성되고, 노치 형상의 제 2 가지가 급전선(23)의 하부에 급전선(23)과 평형하게 연장되도록 금속 도체로 형성되며, 제 1 안테나부(21), 제 2 안테나부(22a) 및 제 3 안테나부(22b)는 전체적으로 보우 타이(bow tie) 안테나를 구성한다. 그리고 제 1 안테나부(21)는 반드시 사다리꼴 형상으로 형성되어야 하는 것은 아니며, 도 3에 도시된 것과 같이 다수의 가지(21a,21b,21c)를 가지지만 전체적으로는 사다리꼴인 형상으로 형성 가능하며, 제 2 안테나부(22a) 및 제 3 안테나부(22b) 또한 다양한 형상으로 형성 가능하다.The
급전선(23)은 유전체 기판의 일면(20)에 제 1 안테나부(21)의 단변의 중앙에 연결되고 금속 도체로 형성되어 제 1 안테나부(21)에 전압을 공급하며, 커넥터 연결부(25)는 유전체 기판의 일면(20)에 급전선(23)과 이격되어 제 2 안테나부(22a) 및 제 3 안테나부(22b)의 제 2 가지와 연결되도록 금속 도체로 형성되며, 동축케이블(coaxial) 커넥터와 연결된다.The feed line 23 is connected to the center of the short side of the
스터브(24)는 유전체 기판의 일면(20)에 제 2 안테나부(22a) 또는 제 3 안테나부(22b)의 가지들 사이에 제 2 안테나부(22a) 및 제 3 안테나부(22b)와 이격되어 금속 도체로 형성되고, 커넥터 연결부(25)에 연결되어 형성됨으로써 스터브(24)의 한 변이 접지된다. 한 변이 접지되어 있는 스터브(24)는 접지에서 전류 분포의 섭동(perturbation)을 유발시켜 유한한 접지 크기를 갖도록 한다. 그럼으로써 전체 안테나의 크기를 줄일 수 있다.The
스터브(24)는 유전체 기판의 일면(20)에 제 2 안테나부(22a)의 제 1 가지와 제 2 가지 사이에 제 2 안테나부(22a)와 이격되어 형성되는 제 1 스터브(24a) 또는 제 3 안테나부(22b)의 제 1 가지와 제 2 가지 사이에 제 3 안테나부(22b)와 이격되어 형성되며 제 1 스터브(24a)에 상하 대칭으로 형성되는 제 2 스터브(24b)로 구성된다.The
본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나는 도 4a와 다음과 같은 관계를 가진다. L1,C1 및 R1은 제 1 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)에 대응되며, L2,C2 및 R2는 스터브(24)에 대응된다. 스터브(24)의 한 변이 접지되어 있으므로, L2,C2 및 R2를 포함하는 공진 회로 또한 접지되어 있다. 도 4a의 L1 과 L2 사이의 결합 계수 M은 제 1 제 1 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)와 스터브(36)사이의 방사 커플링을 나타낸다. 저항 R3는 제 1 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)를 구동하는 미도시된 RF 신호 소스의 저항을 나타낸다. 한편, R1은 제 1 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)의 실제 컨덕터의 유한한 전도성에 기인한 전자기 에너지 방출(dissipation)에 관련된 비방사 손실(non-radiation loss)을 나타낸다. R2는 스터브(24)의 방출 및 방사 손실을 나타내며, R4는 제 1 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)의 방사 손실을 나타낸다. A broadband antenna according to another embodiment of the present invention has the following relationship with FIG. 4A. L1, C1, and R1 correspond to the first to
도 4b를 참조하여 한 변이 접지되어 있는 스터브(24)와 제 1 안테나부 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)와의 상호 작용을 설명한다. Referring to FIG. 4B, the interaction between the
스터브(24)는 스터브(24)와 제 1 안테나부 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)가 커플링되어 유도되는 커플링 임피던스와 상기 전류 분포의 섭동으로 인하여 입력 임피던스에 영향을 받는다. 그리고 상술한 커플링 임피던스 또는 전류 분포의 섭동으로 인하여 안테나 정합이 향상될 수 있으며, 방사 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들면 커플링을 통해서 안테나에 유도되는 리액턴스(reactance)는 안테나의 초기 리액턴스를 상쇄할 수 있으므로 방사 효율을 증가시킬 수 있다. 결국 도 4b에 도시된 것처럼, 스터브(24)와 제 1 안테나부 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b) 간의 커플링이 발생되는 경우가, 스터브(24)가 존재하지 않아 커플링이 발생되지 않는 경우에 비해서 주파수 대역이 증가함을 알 수 있다. The
스터브(24)와 제 1 안테나부 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)와 커플링되는 공진 주파수는 제 1 안테나부 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)가 방사하는 주파수 대역내에서 발생하며 스터브(24a, 24b)의 길이는 공진 주파수의 1/4 정도인 것이 바람직하다.The resonance frequency coupled with the
스터브(24a, 24b)는 유전체 기판의 일면(20)에 제 1 스터브(24a)와 제 2 스터브(24b)를 모두 구비해야 되는 것은 아니지만 제 1 스터브(24a)와 제 2 스터브(24b)를 모두 구비함으로써 제 1 안테나부 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b)와 커플링은 더욱 효과적으로 발생되어 주파수 대역이 더욱 증가할 수 있다. 그리고 스터브(24)는 급전선(23)과 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.The
본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나는 유전체 기판의 다른 일면에는 형성되지 않고, 모든 금속 도체 패턴이 유전체 기판의 일면(20)에만 형성되며, 제 1 안테나부 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b) 이외에 스터브(24)를 더 구비함으로써 안테나 전체의 크기는 작아지고 그 구조는 간단해져 저렴한 비용으로 제조될 수 있다. 그리고 스터브(24)와 제 1 안테나부 내지 제 3 안테나부(21, 22a, 22b) 간의 커플링으로 인하여 보다 넓은 주파수 대역을 가질 수 있다.The broadband antenna according to another embodiment of the present invention is not formed on the other surface of the dielectric substrate, all metal conductor patterns are formed only on one
본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나는 시뮬레이션한 결과 도 8에 도시된 바와 같이 10 dB 반사 손실의 주파수 대역이 5.07 GHz에서 7.0 GHz(33%)임을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 광대역 안테나도 무선 근거리 통신 네트워크(Wireless Local Area Network; WLAN)의 주파수 대역을 규정하는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11a의 표준에 적합하므로 무선 근거리 통신 네트워크에 적용될 수 있다.As a result of simulation of the broadband antenna according to another embodiment of the present invention, it can be seen that the frequency band of 10 dB return loss is 7.0 GHz (33%) at 5.07 GHz. Therefore, the broadband antenna according to another embodiment of the present invention also conforms to the IEEE 802.11a standard that defines the frequency band of a wireless local area network (WLAN), so that the wireless local area network Can be applied to
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 무선 근거리 네트워크(Wireless Local Area Network; WLAN)에 이용될 수 있는 넓은 주파수 대역을 가지면서 작은 크기와 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 광대역 안테나를 제공할 수 있다.According to the present invention made as described above, it is possible to provide a wideband antenna having a wide frequency band that can be used in a wireless local area network (WLAN), which can be manufactured in a small size and low cost.
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