KR101075583B1 - 삼중대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼중 대역 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전체 기판과; 상기 유전체 기판 중앙에 일정간격 이격하여 대칭으로 형성한 수직 바(Bar) 형상인 패치와; 상기 이격된 패치의 하단을 서로 연결하는 정합용 스터브와; 상기 이격된 패치 사이로 진입하여 상기 정합용 스터브와 연결하는 T자 형상의 제1 스터브와; 상기 패치와 제1 스터브 사이에 진입하여 정합용 스터브와 연결하는 ㄱ자 형상 및 역 ㄱ자 형상인 제2 스터브와; 상기 정합용 스터브 중앙과 연결하여 전류를 공급하는 CPW 급전선; 및 상기 CPW 급전선을 양쪽으로 임피던스 정합을 용이하도록 하는 접지면;으로 형성한 삼중 대역 안테나에 관한 것이다.

UWB 삼중대역 안테나, PCS 안테나, WLAN안테나, UWB 안테나, CPW(Coplanar Waveguide), 스터브.

Description

삼중대역 안테나 {TRIPLE-BAND ANTENNA}

본 발명은 UWB(Ultra-Wide Band), PCS, WLAN 주파수 대역에서 사용 가능한 삼중대역 안테나에 관한 것이다.

PCS는 2.5세대 이동통신이라 불리며 1.8GHz 대역의 주파수를 이용한다. 제2세대의 디지털 이동통신보다 빠른 14.4Kbps의 전송속도로 데이터를 전달하므로 기존의 이동통신 시스템에서는 할 수 없던 문자서비스와 화상서비스 등 다양한 부가 서비스를 제공한다.

WLAN은 무선접속장치(AP)가 설치된 곳을 중심으로 일정 거리 이내에서 PDA또는 노트북 컴퓨터를 통해 초고속 인터넷을 이용할 수 있다. 가정에 가장 많이 보급된 기술로서 별도의 연결이 없이도 넓은 통달거리를 바탕으로 고속의 데이터를 주고 받을 수 있는 기술이다.

UWB 통신은 디지털 정보 신호를 1ns이하의 짧은 펄스 신호를 사용하여 중 심주파수에 대해 20%이상의 점유 대역폭을 차지하는 통신을 말한다. UWB 통신은 1Gbyte이상 초고속 통신이 가능하며, 3.1GHz~10.6GHz 사이의 초광대역을 가진다.

또한, 낮은 송신전력을 사용함으로써 배터리가 기존 무선 통신 방식보다 수 십 배 이상 오래 사용할 수 있고, 중간 주파수단을 사용하지 않아 송수신 장치도 소형화 할 수 있다.

그러나, 상기와 같이, PCS, WLAN, 및 UWB 주파수 대역을 만족하는 하나의 안테나를 형성하기 위해서는 안테나의 부피가 커지는 단점이 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 PCS, WLAN, 및 UWB에 각각 독립적으로 주파수 대역을 조절할 수 있는 삼중 대역 안테나를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 삼중 대역 안테나를 구현하되 초소형 및 경량화하는 것이다.

또한, Via-Hole을 사용하지 않고 수동소자나 능동소자의 직렬 및 병렬 부착이 용이하여 회로를 소형화하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 삼중 대역 안테나는 유전체 기판과; 상기 유전체 기판 중앙에 일정간격 이격하여 대칭으로 형성한 수직 바(Bar) 형상인 패치와; 상기 이격된 패치의 하단을 서로 연결하는 정합용 스터브와; 상기 이격된 패치 사이로 진입하여 상기 정합용 스터브와 연결하는 T자 형상의 제1 스터브와; 상기 패치와 제1 스터브 사이에 진입하여 정합용 스터브와 연결하는 ㄱ자 형상 또는 역 ㄱ자 형상인 제2 스터브와; 상기 정합용 스터브 중앙과 연결하여 전류를 공급하는 CPW 급전선; 및 상기 CPW 급전선을 양쪽으로 임피던스 정합을 용이하도록 하는 접지면;으로 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징에 따른 삼중 대역 안테나는 상기 패치는 다각형 또는 원형 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 특징에 따른 삼중 대역 안테나는 상기 제1 스터브 및 제2 스터브의 길 이 또는 두께를 가변하는 것을 특징으로 한다.

상기 특징에 따른 삼중 대역 안테나는 상기 제1 스터브 및 제2 스터브는 I자, 역U자, 역V자 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 특징에 따르면,

본 발명은 Lower UWB 통신시스템이 요구하는 주파수 대역폭(3.1GHz 내지 5.2GHz)과 PCS주파수 대역폭(1.75GHz 내지 1.87GHz), WLAN 주파수 대역폭(2.45GHz)을 동시에 만족하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 UWB 주파수 대역폭과 PCS 및 WLAN 주파수 대역폭을 만족하기 위해 구비되는 세 개의 안테나를 소형화 및 경량화하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 밀리미터 웨이브(millimeter wave)등의 영역에서 Via에 의한 기생효과를 줄이는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 삼중대역 안테나를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 삼중 대역 안테나는 유전체기판(200), 패치(210), 정합용 스터브(220), 제1 스터브(230), 제2 스터브(240), CPW 급전선(250), 및 접지면(260)으로 구성한다.

유전체 기판(200)은 두께가 1.6mm인 FR4 기판을 사용하며, 유전율은 4.4이며, loss tangent는 0.025이다.

본 발명에 따른 실시예의 유전체 기판(200)은 40*30mm2의 크기를 사용하였으나 크기를 한정하지 아니하며, 당업자라면 유전체 기판(200)의 크기에 따라 같은 효과를 얻는 구성을 매치할 수 있다.

또한, 유전체기판(110)은 후면에 접지가 없는 CPW 급전구조로 이루어져 있다.

패치(210)는 상기 유전체 기판(200) 중앙에 일정간격 이격하여 대칭으로 형성한 수직 바(Bar)형상이다. 또한, 패치(210)는 다각형 또는 원형 형상으로 형성할 수 있다.

상기와 같이 이격된 패치를 형성함으로써, UWB low-band를 만족하는 안테나를 형성한다.

정합용 스터브(220)은 상기 서로 이격된 패치(210)의 하단을 서로 연결하고, 패치(210)과 CPW 급전선(250)간의 임피던스 정합을 수행한다. 이때, 정합용 스터브는 역계단 모양으로 형성한다.

제1 스터브(230)는 상기 이격된 패치(210) 사이로 진입하여 상기 정합용 스터브(220)와 연결하는 T자 형상으로 형성한다. 또한, 제1 스터브(230)은 I자, 역U자, 역V자 중 어느 하나로 형성한다.

제2 스터브(240)는 상기 패치(210)와 제1 스터브(230) 사이에 진입하여 정합용 스터브(220)와 연결하는 ㄱ자 형상 또는 역 ㄱ자 형상으로 형성한다. 또한, 제2 스터브(240)은 I자, 역U자, 역V자 중 어느 하나로 형성한다.

상기 제1 스터브(230) 및 제2 스터브(240)의 길이 또는 두께를 가변하며, 가변에 따라 주파수대역을 변화한다.

따라서 상기와 같이 제1 스터브 및 제2 스터브를 형성함으로써, CPS 및 WLAN을 만족 하는 안테나를 형성할 수 있다.

CPW 급전선(250)은 상기 정합용 스터브(220) 중앙과 연결하여 전류를 공급한다.

접지면(260)은 상기 CPW 급전선(250)을 양쪽으로 임피던스 정합을 용이하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 VSWR 특성을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 삼중 대역 안테나의 VSWR은 2:1지점인 -10dB이하인 지점에서 원하는 PCS 주파수 대역, WLAN 주파수 대역, 및 UWB 주파수 대역에서의 대역폭을 갖는 특성을 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 Wu1값의 변화에 따른 반사손실을 나타낸 도면이다. 도 3는 도1에 도시한 삼중 대역 안테나의 제1 스터브(230) 길이 변화에 따른 반사손실로써, Wu1값의 변화에 따라 크게 변화되지는 않지만, Wu1의 길이가 짧아질수록 높은 주파수 대역으로 이동하는 것을 알 수 있다.

반대로, Wu1의 길이를 늘리면 주파수 대역이 낮은 주파수 대역으로 이동하는 것을 알 수 있어 주파수 대역을 조절하고자 할 때, Wu1길이의 조절로 용이하게 주파수 대역을 변화 할 수 있다.

또한, 상기 Wu1는 T자형상의 제1 스터브에서 상단의 ‘ㅡ’의 길이에 해당한다.

도 4는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 Wu2값의 변화에 따른 반사손실을 나타낸 도면이다.

도 4 역시 도1에 도시한 삼중 대역 안테나의 제2 스터브(240)의 길이 변화에 따른 반사손실로써, 도 3와 마찬가지로 WL2의 길이를 줄이면 높은 주파수 대역으로 이동하고,

반대로 WL2의 길이를 늘리면 주파수 대역이 낮은 주파 대역으로 이동하는 것을 알 수 있어 주파수 대역을 조절하고자 할 때, WL2길이의 조절로 용이하게 주파수 대역을 변화 할 수 있다.

도 5 내지 도9는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.

도 5 내지 고 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 삼중 대역 안테나의 복사패턴은 1.83GHz, 2.45GHz, 3GHz, 4GHz, 및 5GHz의 각각 다른 방사패턴에 따라 다소 차이는 있으나, H-Plane(XZ-plane)에서는 거의 무지향성(omni-directional)특성을 가지고 E-plane(YZ-plane)에서는 다이폴 안테나의 패턴과 유사함을 그래프를 통해 확인 할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 이중대역 안테나의 Gain[dBi]를 나타낸 그래프이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 삼중 대역 안테나의 이득은 관심 대역에서 이득의 변화량이 UWB 안테나와 비교하여 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 삼중대역 안테나를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 VSWR 특성을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 Wu1값의 변화에 따른 반사손실을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 Wu2값의 변화에 따른 반사손실을 나타낸 도면이다.

도 5 내지 도9는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 이중대역 안테나의 Gain[dBi]를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

200 : 유전체 기판 210 : 패치

220 : 정합용 스터브 230 : 제1 스터브

240 : 제2 스터브 250 : CPW급전선

260 : 접지면

Claims (4)

1. 유전체 기판과;

   상기 유전체 기판 중앙에 일정간격 이격하여 대칭으로 형성한 수직 바(Bar) 형상인 패치와;

   상기 이격된 패치의 하단을 서로 연결하는 정합용 스터브와;

   상기 이격된 패치 사이로 진입하여 상기 정합용 스터브와 연결하는 T자 형상의 제1 스터브와;

   상기 패치와 제1 스터브 사이에 진입하여 정합용 스터브와 연결하는 ㄱ자 형상 또는 역 ㄱ자 형상인 제2 스터브와;

   상기 정합용 스터브 중앙과 연결하여 전류를 공급하는 CPW 급전선; 및

   상기 CPW 급전선을 양쪽으로 임피던스 정합을 용이하도록 하는 접지면;으로 구성하는 것을 특징으로 하는 삼중 대역 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 패치는 다각형 또는 원형 형상인 것을 특징으로 하는 삼중 대역 안테나.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 스터브 및 제2 스터브의 길이 또는 두께를 가변하는 것을 특징으로 하는 삼중 대역 안테나.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 스터브 및 제2 스터브는 I자, 역U자, 역V자 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 삼중 대역 안테나.

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