KR101076233B1 - 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나 - Google Patents

변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나 Download PDF

Info

Publication number
KR101076233B1
KR101076233B1 KR1020110017448A KR20110017448A KR101076233B1 KR 101076233 B1 KR101076233 B1 KR 101076233B1 KR 1020110017448 A KR1020110017448 A KR 1020110017448A KR 20110017448 A KR20110017448 A KR 20110017448A KR 101076233 B1 KR101076233 B1 KR 101076233B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
patch
central
auxiliary
antenna
dielectric substrate
Prior art date
Application number
KR1020110017448A
Other languages
English (en)
Inventor
오경현
김병철
정치현
김건우
이득영
추호성
박익모
Original Assignee
삼성탈레스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성탈레스 주식회사 filed Critical 삼성탈레스 주식회사
Priority to KR1020110017448A priority Critical patent/KR101076233B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101076233B1 publication Critical patent/KR101076233B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나는, 유전체 기판과; 상기 기판 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 밑변이 상기 기판의 상단을 향하고, 상기 밑변으로부터 이격된 꼭지점이 상기 기판 상면의 중앙부를 향하도록 배열되며, 내부에 복수의 삼각형 슬롯이 형성된 중앙 패치와; 상기 기판 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결된 좌측변과 상기 좌측변으로부터 상기 중앙 패치의 외부방향으로 이격된 일점으로 이루어지는 제1 보조 패치와; 상기 기판 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결된 우측변과 상기 우측변으로부터 상기 중앙 패치의 외부 방향으로 이격된 이격된 일점으로 이루어지는 제2 보조 패치와; 상기 기판의 하면 하반부 상에 도전체로 형성되는 접지부와; 상기 중앙 패치에 전류를 공급하는 급전부; 및 상기 기판의 하면과 이격되도록 배열되며, 상기 중앙 패치 및 제1,2 보조패치에 의해 생성된 전파를 반사시키는 반사판을을 포함하며, 상기 기판과 상기 반사판 간의 거리를 조절함으로써 이중 대역을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나{Dual-Band Array Antenna Using Modified Sierpinski Fractal Structure}
본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 변형된 시어핀스키(Sierpinski) 구조의 안테나 패치를 갖는 이중 대역 안테나에 관한 것이다.
최근 다양한 주파수 대역을 사용하는 통신망이 구축되면서 다중 대역 특성을 가지는 안테나의 중요성이 대두되고 있다. 그 중에서도 마이크로스트립 형태로 구현된 이중 대역 안테나는 한 개의 안테나로 두 개의 대역에서 사용할 수 있으므로 저렴한 제작비용과 차지하는 공간을 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서, 마이크로스트립 패치로 설계된 이중 대역 안테나에 대한 사례는 매우 다양하게 보고되고 있다. 그러나, 높은 이득을 갖는 이중 대역 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 대한 연구는 제한적으로 발표되고 있다. 이는 두 대역이 인접한 경우에는 급전 회로를 비교적 간단히 설계할 수 있으나, 두 대역 간의 주파수 비율이 높은 경우 급전 회로의 구성이 매우 어렵기 때문이다. 현재까지 발표된 이중 대역 배열 안테나는 서로 다른 대역에서 동작하는 마이크로스트립 안테나를 배열하여 두 대역을 수용하는 단일 급전 회로를 적용한 방법, 서로 다른 대역에서 동작하는 마이크로스트립 안테나들을 교차 편파를 이용하여 수직으로 배치한 방법, 이중 대역 단일 안테나를 배열하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 이중 대역 배열 안테나들은 급전회로가 매우 복잡하고 전체 배열 안테나 면적이 커진다는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 변형된 시어핀스키 구조의 안테나 패치를 이용하여 우수한 이중 대역 특성을 갖는 안테나를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 소형으로 제작할 수 있는 이중 대역 안테나를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나는, 유전체 기판과; 상기 기판 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 밑변이 상기 기판의 상단을 향하고, 상기 밑변으로부터 이격된 꼭지점이 상기 기판 상면의 중앙부를 향하도록 배열되며, 내부에 복수의 삼각형 슬롯이 형성된 중앙 패치와; 상기 기판 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결된 좌측변과 상기 좌측변으로부터 상기 중앙 패치의 외부방향으로 이격된 일점으로 이루어지는 제1 보조 패치와; 상기 기판 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결된 우측변과 상기 우측변으로부터 상기 중앙 패치의 외부 방향으로 이격된 이격된 일점으로 이루어지는 제2 보조 패치와; 상기 기판의 하면 하반부 상에 도전체로 형성되는 접지부와; 상기 중앙 패치에 전류를 공급하는 급전부; 및 상기 기판의 하면과 이격되도록 배열되며, 상기 중앙 패치 및 제1,2 보조패치에 의해 생성된 전파를 반사시키는 반사판을을 포함하며, 상기 기판과 상기 반사판 간의 거리를 조절함으로써 이중 대역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 중앙 패치의 중심부에는 삼각형의 중앙 슬롯이 형성되며, 상기 중앙 슬롯보다 작은 크기를 갖는 3개의 서브 슬롯들이 상기 중앙 슬롯을 둘러싸도록 배열될 수 있다.
또한, 상기 중앙 패치 내에 형성된 삼각형 슬롯들은 상기 중앙 패치의 삼각형 형상을 기준으로 역삼각형의 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 급전부는, 신호선과 접지선을 갖는 동축케이블로 형성되며, 상기 신호선은 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결되고, 상기 접지선은 상기 접지부에 연결될 수 있다.
상기 제1 보조 패치 및 상기 제2 보조 패치의 크기는 각각 상기 중앙 패치의 크기의 1/2 보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 보조 패치 및 상기 제2 보조 패치는 상기 중앙 패치를 기준으로 대칭적으로 배열되며, 상기 제1 보조 패치의 크기와 상기 제2 보조 패치의 크기는 서로 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 중앙 패치와 상기 접지부는 상기 기판을 사이에 두고 서로 겹쳐지지 않도록 배열될 수 있으며, 상기 접지부는 사각형으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 다이폴 안테나를 갖는 이중 대역 안테나를 이용함으로써, 우수한 이중 대역 특성을 제공하면서도 소형으로 제작할 수 있고, 또한 상용 통신 주파수 대역(GSM, CDMA, PCS, IMT-2000, WCDMA)를 모두 수용하는 이중 대역(855MHz~1,380 MHz, 1,700MHz~2,330MHz)을 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나의 정면도.
도 2는 도 1의 이중 대역 안테나의 정면도 및 측단면도.
도 3은 도 1의 이중 대역 안테나의 세부 치수를 나타내는 도면.
도 4는 도 1의 이중 대역 안테나의 최적화된 설계 변수를 나타내는 표.
도 5는 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 패치와 반사판 간의 간격(H)에 따른 단일 안테나의 반사 손실 특성을 나타내는 그래프.
도 6은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 패치와 반사판 간의 간격(H)에 따른 1차 공진 대역에서의 이득 변화 특성 나타내는 그래프.
도 7은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 패치와 반사판 간의 간격(H)에 따른 2차 공진 대역에서의 이득 변화 특성 나타내는 그래프.
도 8은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 반사판의 크기에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 그래프.
도 9는 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 반사판의 크기에 따른 1차 공진 대역에서의 이득 특성을 나타내는 그래프.
도 10은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 반사판의 크기에 따른 2차 공진 대역에서의 이득 특성을 나타내는 그래프.
도 11은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나의 x-z 평면에서의 복사 패턴 특성을 나타내는 그래프.
도 12는 도 1에 도시된 이중 대역 안테나의 y-z 평면에서의 복사 패턴 특성을 나타내는 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나의 정면도이며, 도 2는 도 1의 이중 대역 안테나의 정면도 및 측단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 따른 이중 대역 안테나(10)는 유전체 기판(20)의 상면 일측에 형성된 시어핀스키 프랙탈 구조의 안테나 패치(30)와, 상기 유전체 기판(20)의 하면 타측에 형성된 접지부(ground)(40)와, 급전부(50), 및 반사판(60)을 포함한다.
유전체 기판(20)은 유전체로 이루어진 절연성 평판으로서 인쇄회로기판(PCB)으로 형성될 수 있다.
안테나 패치(30)는 마이크로스트립 형태의 도전체로 형성되며, 급전부(50)에 의해 공급된 전류에 의해 생성된 전파를 공중으로 복사하거나, 공중으로부터 수신된 전파에 의해 생성된 전류를 상기 급전부(50)로 제공한다.
상기 안테나 패치(30)는 중심에 삼각형의 중앙 패치(31)와, 상기 삼각형 중앙 패치(31)에서 하나의 상기 접지부(40)를 향하는 꼭지점(34)을 공유하는 2개 측변 각각에 하나씩 형성된 2개의 삼각형 보조 패치(32,33)를 포함한다. 중앙 패치(31)는 대략 이등변 삼각형으로 형성되며, 기판(20)의 상면에서 기판(20)의 상반부에 형성된다. 중앙 패치(31)의 밑변(35)은 직사각형 기판(20)의 상단부까지 연장되어 형성되며, 상기 기판(20)의 x방향의 폭과 대략 일치하는 크기로 형성된다. 중앙 패치(31)의 꼭지점(34)은 대략 기판(20) 상면의 중심선(23)까지 연장되어 형성된다.
보조 패치(32,33)는 삼각형으로 형성되며, 제1 보조 패치(32)와 제2 보조 패치(33)로 구분될 수 있다.
제1 보조 패치(32)는 중앙 패치(31)의 상기 꼭지점(34)에 연결된 좌측변(36)과 상기 좌측변(36)으로부터 중앙 패치(31)의 좌측 외부방향으로 이격된 일 꼭지점으로 이루어지는 삼각형 형상으로 형성된다. 제1 보조 패치(32)의 밑변(36)과 대향하는 꼭지점은 기판(20) 상에서 좌측 하부 방향(즉, -x 및 -y 방향)으로 연장되나, 기판(20)의 -x방향의 좌측단과는 이격되며, 직사각형 기판(20)의 중심선(23)과도 역시 이격되도록 형성된다. 이로 인하여, 제1 보조 패치(32)의 크기는 중앙 패치(31)의 크기의 1/2보다 작게 형성된다.
제2 보조 패치(33)는 중앙 패치(31)의 상기 꼭지점(34)에 연결된 우측변(37)과 상기 우측변(37)으로부터 중앙 패치(31)의 우측 외부방향으로 이격된 일 꼭지점으로 이루어지는 삼각형 형상으로 형성된다. 제2 보조 패치(33)의 밑변(37)과 대향하는 꼭지점은 기판(20) 상에서 우측 하부 방향(즉, +x 및 -y 방향)으로 연장되나, 기판(20)의 +x방향의 우측단과는 이격되며, 직사각형 기판(20)의 중심선(23)과도 역시 이격되도록 형성된다. 이로 인하여, 제1 보조 패치(32)의 크기는 중앙 패치(31)의 크기의 1/2보다 작게 형성된다.
상기 중앙 패치(31)는 시어핀스키(Sierpinski) 프랙탈 구조로 형성된다. 중앙 패치(31)의 내부에는 상기 중앙 패치(31)를 형성하는 도전체의 일부분을 제거시킴으로써 제1~4 슬롯들(38-1,38-2,38-3,38-4)이 형성된다. 즉, 제1 슬롯(중앙 슬롯, 38-1)은 중앙 패치(31)의 중앙부에 형성된다. 제2~4 슬롯들(38-2,38-3,38-4)은 제1 슬롯(34)의 삼각형 주변에서 상기 제1 슬롯(38-1)의 각 변에 하나씩 할당됨으로써 제1 슬롯(38-1)을 둘러싸도록 배열된다. 도 1에 도시된 중앙 패치(31)의 형상이 역삼각형이라고 할 경우, 제1~4 슬롯들(38-1,38-2,38-3,38-4)은 역삼각형이 반전된 정삼각형 형태로 형성된다. 여기서, 정삼각형이란 용어는 3개의 변의 길이가 모두 같은 경우뿐만 아니라, 역삼각형이 반전된 구조의 삼각형이라면 3개의 변의 길이가 일부 다른 경우도 포함하는 의미로 사용된다.
접지부(ground)(40)는 사각형 기판(20)의 하면 하반부에 형성되며, 상기 사각형 기판(20)의 하반부와 동일한 크기로 형성될 수 있다. 상기 접지부(40)는 마이크로스트립 형태의 도전체로 형성되며, 안테나(10)를 접지시킨다. 접지부(40)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 안테나 패치(30)와 상기 기판(20)을 사이에 두고 상기 기판(20)의 상하면 사이에서 서로 겹쳐지지(overlap) 않도록 배열된다. 즉, 안테나 패치(30)의 수직 하부(즉, -z방향)에는 접지부(40)가 배열되지 않도록 형성된다.
급전부(50)는 기판(20)과 반사판(60)에 각각 형성된 관통공(미도시)을 통하여 안테나 패치(20)에 연결되어, 상기 안테나 패치(20)에 전류를 공급하거나 상기 안테나 패치(20)로부터 생성된 전류를 공급받는다. 상기 급전부(50)는 동축 케이블(coaxial cable)로 형성될 수 있다. 급전부(50)가 동축 케이블로 이루어질 경우, 상기 급전부(50)는 신호선(51)과 접지선(52)을 포함한다. 상기 신호선(51)은 중앙 패치(31)의 꼭지점(34)에 연결되고, 상기 접지선(52)은 접지부(40)에 연결된다.
반사판(60)은 상기 안테나 패치(30)에 의해 복사되는 전파를 반사시켜 지향성을 제공한다. 상기 반사판(60)은 도전체로 형성되며, 도 1 및 도 2에서는 사각형으로 형성된 예를 도시하고 있으나, 그 형상은 변형될 수 있다. 반사판(60)은 기판(20) 및 상기 기판(20) 상에 형성된 안테나 패치(30) 및 접지부(40)와 실질적으로 평행하게 배열되며, 상기 기판(20)과 반사판(60)은 일정 거리(H) 만큼 이격되어 배열된다.
도 3은 도 1의 이중 대역 안테나의 세부 치수를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1의 이중 대역 안테나의 최적화된 설계 변수를 나타내는 표이다.
도 3에서 안테나 패치(30)의 폭 및 접지부(40)의 수평방향(x축 방향)의 폭은 Pw로 표시된다. 그리고, 안테나 패치(30)의 수직방향(y방향)의 높이는 PH2로 표시되며, 접지부(40)의 수직방향 높이는 GL로 표시되고 있다. 좌측 제1 보조 패치(32)의 접지부(40)와 인접한 측변의 폭은 aLW로 표시되고, 우측 제2 보조 패치(33)의 접지부(40)와 인접한 측변의 폭은 aRW로 표시된다. 제1,2 보조패치(32,33)의 꼭지점과 접지부(40) 사이의 이격된 높이는 aH로 표시된다. 상기 aLW와 aLW의 합은 Pw보다 작다.
제1 슬롯(중앙 슬롯, 38-1)의 폭은 TW1으로 표시되고, 높이는 TH1으로 표시된다. 제2 슬롯(38-2)의 폭은 TW2으로 표시되고, 높이는 TH2로 표시된다. 제3 슬롯(38-3)의 폭은 TWR으로 표시되고, 높이는 TH로 표시된다. 제4 슬롯(38-4)의 폭은 TWL로 표시되고, 높이는 TH로 표시된다.
또한, 도 4의 최적 설계 변수 설정 시, 배열 구조의 안테나와 급전회로는 Taconic TLY-5A(두께 0.8mm, εr=2.17) PCB 기판을 사용하였다.
이와 같이 상기 안테나 패치(30)는 시어핀스키 프랙탈 구조의 중앙 패치(31)에 제1,2 보조 패치(32,33)가 부가됨으로써 변형된 프랙탈 구조를 갖는다. 시어핀스키 프랙탈 구조의 중앙 패치(31)는 삼각형 슬롯이 주기적으로 배열됨으로써, 중앙 패치(31)의 표면 전류 흐름을 제어하여 다중 공진을 형성한다. 그러나, 이렇게 중앙 패치(31)에 의해 형성된 안테나의 공진 대역폭은 매우 협소하므로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙 패치(31) 좌우에 각각 제1 보조 패치(32) 및 제2 보조 패치(33)를 연결한다. 이와 같이 추가된 제1,2 보조 패치(32,33)에 의하여 본 발명에 따른 안테나(10)는 2차 공진 대역폭이 확장된다. 확장된 대역폭을 가지는 시어핀스키 프랙탈 안테나(10)에 반사판(60)을 적용하여 이중 대역에서 브로드사이드(broadside) 방향으로 높은 지향성을 가지며 동작할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 안테나(10)는 소형으로 제작 가능하면서도, 이중 대역에서 브로드사이드(broadside) 방향으로 높은 지향성을 갖는 이점이 있다.
도 5는 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 패치와 반사판 간의 간격(H)에 따른 단일 안테나의 반사 손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5의 그래프에서 가로축은 GHz 단위의 주파수(Frequency)를 나타내며 세로축은 dB단위의 반사손실특성(Reflection coefficient)을 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나 패치(30)와 반사판(60) 사이의 간격(H)가 38mm에서 58mm로 증가함에 따라 1차 공진 대역의 반사 손실 특성이 개선됨을 확인할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 패치와 반사판 간의 간격(H)에 따른 1차 공진 대역에서의 이득 변화 특성 나타내는 그래프이다. 도 7은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 패치와 반사판 간의 간격(H)에 따른 2차 공진 대역에서의 이득 변화 특성 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7의 그래프에서 가로축은 GHz 단위의 주파수(Frequency)를 나타내며 세로축은 dBi단위의 이득(Gain)을 나타낸다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 안테나 패치(30)와 반사판(60) 사이의 간격(H)가 38mm에서 58mm로 증가함에 따라 1차 공진 대역의 이득(도 6 참조)에 비하여 2차 공진 대역의 이득(도 7 참조)이 더욱 개선됨을 확인할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 반사판의 크기에 따른 반사 손실 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8의 그래프에서 가로축은 GHz 단위의 주파수(Frequency)를 나타내며 세로축은 dB단위의 반사손실특성(Reflection coefficient)을 나타낸다. 도 8에서는 안테나 패치(30)와 반사판(60) 사이의 간격(H)을 48mm로 고정한 상태에서, 반사판(60)의 크기에 따른 반사 손실 특성을 나타내고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 직사각형의 반사판(60)의 가로×세로의 크기가 148×175mm2 에서 168×195mm2 및 188×215mm2 로 변경되더라도 반사손실에는 큰 변화가 없음을 확인할 수 있다.
도 9는 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 반사판의 크기에 따른 1차 공진 대역에서의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9의 그래프에서 가로축은 GHz 단위의 주파수(Frequency)를 나타내며 세로축은 dBi단위의 이득특성(Gain coefficient)를 나타낸다. 도 9에서는 안테나 패치(30)와 반사판(60) 사이의 간격(H)을 48mm로 고정한 상태에서, 반사판(60)의 크기에 따른 1차 공진 대역에서의 이득 특성의 변화를 나타내고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 직사각형의 반사판(60)의 가로×세로의 크기가 148×175mm2 에서 168×195mm2 및 188×215mm2 로 변경될 경우 이득은 대역 내에서 0.5dBi 정도 변화됨을 알 수 있다.
도 10은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나에서 안테나 반사판의 크기에 따른 2차 공진 대역에서의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10의 그래프에서 가로축은 GHz 단위의 주파수(Frequency)를 나타내며 세로축은 dBi단위의 이득특성(Gain coefficient)를 나타낸다. 도 10에서는 안테나 패치(30)와 반사판(60) 사이의 간격(H)을 48mm로 고정한 상태에서, 반사판(60)의 크기에 따른 2차 공진 대역에서의 이득 특성의 변화를 나타내고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 직사각형의 반사판(60)의 가로×세로의 크기가 148×175mm2 에서 168×195mm2 및 188×215mm2 로 변경될 경우 이득은 대역 내에서 역시 0.5dBi 정도 변화됨을 알 수 있다.
상기 도 5 내지 도 10의 안테나 특성을 고려할 시, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)의 성능 개선은 반사판(60)의 면적보다는 안테나 패치(30)와 반사판(60) 사이의 간격(H)에 의존됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)는 안테나 패치(30)와 반사판(60) 사이의 간격(H)을 조절함으로써 원하는 1차 공진 대역의 반사 손실 특성을 얻을 수 있다.
도 11은 도 1에 도시된 이중 대역 안테나의 x-z 평면에서의 복사 패턴 특성을 나타내는 그래프이고, 도 12는 도 1에 도시된 이중 대역 안테나의 y-z 평면에서의 복사 패턴 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)의 복사 패턴은 1차 대역(1100MHz)에서는 브로드사이드(broadside) 방향으로 나타나지만, 2차 대역(2050MHz)한 쪽 방향으로 약간 기울어져 형성된다. 도 11의 x-z 평면에서의 2차 대역 복사 패턴은 주 빔 방향이 왼쪽 방향으로 약간 기울어져 있다. 도 12의 y-z 평면에서의 2차 대역 복사 패턴은 주 빔 방향이 0°방향으로 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 안테나(10)는 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 다이폴 안테나를 이용함으로써, 우수한 이중 대역 특성을 제공하면서도 소형으로 제작할 수 있고, 또한 상용 통신 주파수 대역(GSM, CDMA, PCS, IMT-2000, WCDMA)를 모두 수용하는 이중 대역(855MHz~1,380 MHz, 1,700MHz~2,330MHz)을 제공할 수 있는 이점이 있다.
10: 안테나 20: 기판
23: 중심선 30: 안테나 패치
31: 중앙 패치 32: 제1 보조패치
33: 제2 보조패치 34: 중앙패치 꼭지점
35: 중앙패치 밑변 36: 중앙패치 좌측변
37: 중앙패치 우측변 38-1~38-4: 슬롯
40: 접지부 50: 급전부
51: 신호선 52: 접지선
60: 반사판

Claims (9)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 밑변이 상기 유전체 기판의 상단을 향하고, 상기 밑변으로부터 이격된 꼭지점이 상기 유전체 기판의 상면의 중앙부를 향하도록 배열되며, 내부에 복수의 삼각형 슬롯이 형성된 중앙 패치;
    상기 유전체 기판의 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결된 좌측변과 상기 좌측변으로부터 상기 중앙 패치의 외부방향으로 이격된 일점으로 이루어지는 제1 보조 패치;
    상기 유전체 기판의 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결된 우측변과 상기 우측변으로부터 상기 중앙 패치의 외부 방향으로 이격된 이격된 일점으로 이루어지는 제2 보조 패치;
    상기 유전체 기판의 하면 하반부 상에 도전체로 형성되는 접지부;
    상기 중앙 패치에 전류를 공급하는 급전부; 및
    상기 유전체 기판의 하면과 이격되도록 배열되며, 상기 중앙 패치 및 제1,2 보조패치에 의해 생성된 전파를 반사시키는 반사판;을 포함하며,
    상기 유전체 기판과 상기 반사판 간의 거리를 조절함으로써 이중 대역을 형성하며,
    상기 중앙 패치의 중심부에는 삼각형의 중앙 슬롯이 형성되며, 상기 중앙 슬롯보다 작은 크기를 갖는 3개의 서브 슬롯들이 상기 중앙 슬롯을 둘러싸도록 배열되며,
    상기 중앙 패치, 제1 보조 패치 및 제2 보조 패치로 구성되는 안테나 패치는 상기 꼭지점을 중심으로 좌우 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 중앙 패치 내에 형성된 삼각형 슬롯들은 상기 중앙 패치의 삼각형 형상을 기준으로 역삼각형의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 대역 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 상기 급전부는, 신호선과 접지선을 갖는 동축케이블로 형성되며, 상기 신호선은 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결되고, 상기 접지선은 상기 접지부에 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 안테나.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 보조 패치 및 상기 제2 보조 패치의 크기는 각각 상기 중앙 패치의 크기의 1/2 보다 작은 것을 특징으로 하는 이중 대역 안테나.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 보조 패치 및 상기 제2 보조 패치는 상기 중앙 패치를 기준으로 대칭적으로 배열되며, 상기 제1 보조 패치의 크기와 상기 제2 보조 패치의 크기는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 이중 대역 안테나.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중앙 패치와 상기 접지부는 상기 유전체 기판을 사이에 두고 서로 겹쳐지지 않도록 배열되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 안테나.
  8. 제1항에 있어서, 상기 접지부는 사각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 안테나.
  9. 유전체 기판에 형성되는 안테나 패치에 있어서,
    상기 유전체 기판의 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 밑변이 상기 유전체 기판의 상단을 향하고, 상기 밑변으로부터 이격된 꼭지점이 상기 유전체 기판의 상면의 중앙부를 향하도록 배열되며, 내부에 복수의 삼각형 슬롯이 형성된 중앙 패치;
    상기 유전체 기판의 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결된 좌측변과 상기 좌측변으로부터 상기 중앙 패치의 외부방향으로 이격된 일점으로 이루어지는 제1 보조 패치; 및
    상기 유전체 기판의 상면 상반부 상에 삼각형 형상의 도전체로 형성되며, 상기 중앙 패치의 상기 꼭지점에 연결된 우측변과 상기 우측변으로부터 상기 중앙 패치의 외부 방향으로 이격된 이격된 일점으로 이루어지는 제2 보조 패치를 포함하며,
    상기 중앙 패치의 중심부에는 삼각형의 중앙 슬롯이 형성되고, 상기 중앙 슬롯보다 작은 크기를 갖는 복수의 서브 슬롯들이 상기 중앙 슬롯을 둘러싸도록 배열되며,
    상기 중앙 패치, 제1 보조 패치 및 제2 보조 패치로 구성되는 안테나 패치는 상기 꼭지점을 중심으로 좌우 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 패치.
KR1020110017448A 2011-02-25 2011-02-25 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나 KR101076233B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110017448A KR101076233B1 (ko) 2011-02-25 2011-02-25 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110017448A KR101076233B1 (ko) 2011-02-25 2011-02-25 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101076233B1 true KR101076233B1 (ko) 2011-10-26

Family

ID=45033282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110017448A KR101076233B1 (ko) 2011-02-25 2011-02-25 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101076233B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102683840A (zh) * 2012-06-08 2012-09-19 哈尔滨工业大学 具有三角堆叠结构的印刷偶极天线
CN104466383A (zh) * 2015-01-05 2015-03-25 六盘水师范学院 一种多频段、高增益准分形天线
CN114094324A (zh) * 2021-10-29 2022-02-25 西安理工大学 一种应用于rfid的集成波导天线

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050110688A1 (en) 1999-09-20 2005-05-26 Baliarda Carles P. Multilevel antennae

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050110688A1 (en) 1999-09-20 2005-05-26 Baliarda Carles P. Multilevel antennae

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"A Modified Sierpinski Fractal Antenna for Multiband Application," IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 6, pp. 357-360, 2007.*

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102683840A (zh) * 2012-06-08 2012-09-19 哈尔滨工业大学 具有三角堆叠结构的印刷偶极天线
CN104466383A (zh) * 2015-01-05 2015-03-25 六盘水师范学院 一种多频段、高增益准分形天线
CN114094324A (zh) * 2021-10-29 2022-02-25 西安理工大学 一种应用于rfid的集成波导天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100895448B1 (ko) 소형화된 ｍｉｍｏ 안테나
CN109863645B (zh) 超宽带宽低频带辐射元件
JP6195935B2 (ja) アンテナ要素、アンテナ要素を有する放射器、二重偏波電流ループ放射器およびフェーズドアレイアンテナ
US8269682B2 (en) Multi-loop antenna module with wide beamwidth
US20140159979A1 (en) Dual-polarized dual-band broad beamwidth directive patch antenna
JP5143911B2 (ja) セルラー基地局アンテナ用二偏波放射エレメント
JP2018511240A (ja) 低交差偏波ディケード帯域幅の超広帯域アンテナ素子およびアレイ
KR20110129462A (ko) 고 이득 메타물질 안테나 소자
US20140043195A1 (en) Device and method for controlling azimuth beamwidth across a wide frequency range
EP3485532A1 (en) Microstrip antenna, antenna array and method of manufacturing microstrip antenna
KR100683005B1 (ko) 다층 원형 도체 배열을 이용한 마이크로스트립 스택 패치안테나 및 그를 이용한 평면 배열 안테나
US11239544B2 (en) Base station antenna and multiband base station antenna
KR101076233B1 (ko) 변형된 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나
CN111162380B (zh) 双极化宽带高增益宽波束天线
KR101517475B1 (ko) 다중대역 복편파 패치 안테나
CN107785654B (zh) 一种小型化强耦合天线
KR102056747B1 (ko) 초광대역 안테나
KR100924126B1 (ko) 프랙탈 구조를 이용한 다중 대역 안테나
CN210692768U (zh) 基站天线和多频带基站天线
KR101109433B1 (ko) 거울 대칭형 시어핀스키 프랙탈 구조의 이중 대역 안테나
CN102760945B (zh) 带有辐射型负载的直接馈电型全向印刷天线
KR101120990B1 (ko) 광대역 옴니 안테나
Liu et al. Patch microstrip antenna with improving radiation performance for 2.4-GHz WLAN access point
Zhu et al. Design of a low-profile 3: 1 bandwidth wide-scan tightly coupled phased array antenna
CN220672851U (zh) 一种双极化磁电偶极子天线

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140929

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150930

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160929

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170928

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181001

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191001

Year of fee payment: 9