KR101092126B1 - 플렉서블 패치 안테나 - Google Patents

Abstract

구부려서 사용할 수 있는 플렉서블 패치 안테나는 플렉서블한 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부 표면상에 형성되는 방사 패치; 상기 유전체 기판의 상부 표면상에 형성되며, 상기 방사 패치로부터 소정 거리 이격되는 그라운드; 상기 유전체 기판의 하부 표면상에 형성되는 트랜스포머; 및 상기 유전체 기판의 일 측면으로부터 상기 트랜스포머까지 연장되며, 상기 트랜스포머와 전기적으로 연결되는 급전선을 포함한다.

패치, 안테나, 플렉서블, 트랜스포머

Description

플렉서블 패치 안테나{Flexible Patch Antenna}

본 발명은 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것으로 특히, 구부려서 사용할 수 있는 플렉서블 패치 안테나에 관한 것이다.

마이크로스트립 안테나는 1953년에 Deschamps에 의해 제안되었고, 1974년 Munson에 의해 실제 미사일에 장착할 수 있는 안테나가 제작된 이래 지금까지 다양한 분야에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

마이크로스트립 패치 안테나는 평면 형태로서, 유전체 기판 평면상에 부착된 일정 모양의 패치가 안테나 역할을 하도록 구성된다. 원형 편파의 패치 안테나는 정사각형 패치의 모서리를 잘라 내거나(Corner Truncated), 대각선으로 슬롯(Slot)을 두거나 또는, 원형 패치에 교차 슬롯을 두는 방법 등이 사용되고 있다. 한편, 이러한 마이크로스트립 안테나를 제작하는 과정은 먼저, 회로 요구 조건을 결정한 다음, 조건에 따라 설계한 후, 시뮬레이션 결과를 통해 적합성 여부를 결정한다. 그러나 설계 값이 요구사항에 맞지 않다면, 가장 적절한 결과의 값이 얻어질 때까지 안테나를 튜닝하여 완성하는 과정을 거친다.

그러나 이러한 패치 안테나는 대부분이 평면 형태 또는 입체형이기는 하나, 의복 등과 같은 제한된 공간에 사용하기 위하여 안테나를 휘어서 사용하기는 힘들다. 특히, 의복이나 우리 인체(손목, 팔, 다리 등)에 부착하여 사용할 경우 안테나의 전기적인 특성이 변하는 등 기존 안테나로 사용하기에는 많은 제약과 불편이 있다.

이에 본 발명은 상술한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안테나를 자유자재로 구부려 사용 가능한 플렉서블 패치 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 안테나로 휴대폰과 같은 제한된 공간에서 효과적으로 사용가능하며, 가전 또는/및 의복 등에 부착하여 옷의 구김에도 사용 가능한 플렉서블 패치 안테나를 제공하는 것이다.

상기 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 플렉서블 패치 안테나는 플렉서블한 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부 표면상에 형성되는 방사 패치; 상기 유전체 기판의 상부 표면상에 형성되며, 상기 방사 패치로부터 소정 거리 이격되는 그라운드; 상기 유전체 기판의 하부 표면상에 형성되는 트랜스포머; 및 상기 유전체 기판의 일 측면으로부터 상기 트랜스포머까지 연장되며, 상기 트랜스포머와 전기적으로 연결되는 급전선을 포함한다.

상기 그라운드는 상기 방사 패치의 외주를 따라 형성되어, 상기 방사 패치 외주의 적어도 일부 또는 전체를 감싼다. 상기 그라운드는 상기 방사 패치와 동일 평면상에 형성된다.

상기 플렉서블 패치 안테나는 상기 방사 패치와 상기 그라운드 사이에 형성되는 슬롯을 갖는다.

상기 플렉서블 패치 안테나는 상기 그라운드의 안쪽 변으로부터 상기 패치를 향해 돌출되는 스트립을 더 포함한다.

상기 방사 패치는 그 일 변에 형성되는 오목부를 가지며, 상기 스트립은 상기 방사 패치의 오목부에 대향하는 위치의 상기 그라운드의 안쪽 변으로부터 연장되며, 상기 오목부의 내부로 적어도 그 선단이 인입된다. 그리고 상기 스트립은 상기 그라운드와 일체로 형성된다.

상기 유전체 기판은 0.1 ~ 0,8㎜의 두께를 가지며, 바람직하게는 0.508㎜의 두께를 갖는다.

상기 유전체 기판의 유전율은 1.5 ~ 3.27이며, 바람직하게는, 2.17이다.

상기 트랜스포머는 상기 방사 패치의 아래, 상기 방사 패치의 중심 및 바깥 선단 사이에 형성된다. 바람직하게는, 상기 트랜스포머의 폭은 상기 급전선의 폭보다 넓으며, 상기 트랜스포머는 상기 급전선과 일체로 형성된다.

본 발명에 따른 플렉서블 패치 안테나는 휘어서 사용할 수 있기 때문에, 종래의 평면 또는 입체형 안테나가 갖는 공간적 제약 및 적용 한계를 극복할 수 있다. 또한, 제한된 공간, 의복 또는 인체 등 다양한 분야에서 활용 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 패치 안테나를 도시한 평면도이다.

도 2는 도 1의 A - A'를 절단하여 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 플렉서블 패치 안테나(100)는 플렉서블한 유전체 기판(107)을 포함한다. 상기 유전체 기판(107)의 상부 그 표면에는 대략 그 중심부에 방사 패치(101)가 형성된다. 상기 유전체 기판(107) 상부, 상기 방사 패치(101)의 주변에는 상기 방사 패치로부터 소정 거리 이격된 그라운드(102)가 형성된다. 상기 유전체 기판(107)의 하부 표면에는 트랜스포머(103)가 형성된다. 그리고 상기 유전체 기판(107)의 일 측면으로부터 상기 트랜스포머(103)까지 연장되어, 상기 트랜스포머(103)와 전기적으로 연결되는 급전선(104)이 형성된다.

상기 유전체 기판(102)은 0.1 ~ 0.8㎜의 두께를 가지며, 바람직하게는 0.508㎜의 두께를 갖는다. 상기 유전체 기판(102)의 유전율은 1.5 ~ 3.27이며, 바람직하게는, 유전율은 2.17이다. 상기 방사 패치는 사용 주파수의 반파장의 길이와 너비를 가지며, 대략적으로 사각형 형상을 갖는다.

또한, 상기 그라운드(102)는 상기 방사 패치(101)의 외주를 따라 형성되어 결국, 상기 방사 패치(101)의 적어도 일부 또는 그 전체를 감싼다. 상기 그라운드(102)와 상기 방사 패치(101)는 동일 평면에 형성된다. 상기 그라운드(102)의 안쪽 선단은 상기 방사 패치(101)의 바깥 선단과 소정 거리 이격된다. 따라서, 상기 방사 패치(101)와 상기 그라운드(102) 사이에는 슬롯(106)이 형성된다.

상기 플렉서블 패치 안테나(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 그라운드(102)의 안쪽 변으로부터 상기 방사 패치(101)를 향해 돌출되는 스트립(105)을 더 포함한다.

또한, 상기 방사 패치(101)는 그 일 변에 형성되는 오목부를 갖는다. 상기 스트립(105)은 상기 방사 패치(101)의 오목부에 대향하는 위치에서 상기 그라운드(102)의 안쪽 변으로부터 연장되며, 상기 오목부의 내부로 적어도 그 선단이 인입된다. 바람직하게는, 상기 스트립(105)은 상기 그라운드(102)와 일체로 형성된다.

상기 트랜스포머(103)는 상기 방사 패치(101)의 아래, 상기 방사 패치(101)의 중심 및 선단 사이에 형성된다. 상기 트랜스포머(103)의 폭은 상기 급전선(104)의 폭보다 넓으며, 상기 트랜스포머(103)는 상기 급전선(103)과 일체로 형성된다.

상기 구성에 따라 플렉서블 패치 안테나(100)에 의하면, 자유자재로 휘어서 사용가능하도록 두께가 20mil(0.508mm) 및 2.17의 유전율을 갖는 기판(107)을 사용하여, 중심 주파수 2.4㎓ 및 대역폭 대략 200㎒의 성능을 갖는 플렉서블 패치 안테나(100)를 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 설계 및 제작하였다. 도 5는 설계된 안테나와 도 3 및 도 4에 도시된 실제 안테나 사이의 주파수에 따는 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 설계 값과 실제 제작된 값이 거의 일치함을 확인할 수 있었다.

또한, 상기 제작된 안테나(100)를 상기 방사 패치(101) 면이 볼록(∩)하도록 30도, 45도, 및 60도의 각도로 구부렸을 때, 상기 안테나(100)의 주파수에 대한 반사 손실을 실험(Simulation)하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6에 도시된 바와 같이, 평면에서 안테나(100)를 휘었을 경우의 중심 주파수가 낮은 쪽으로 약간 이동하였으나, 각도 변화에 따라 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다.

도 7 및 도 8은 제작된 안테나를 무반사 실(Anechoic Chamber)에서 측정한 2D 및 3D 방사 패턴을 나타낸 도면들로서, 도면에 도시된 바와 같이, 5.79 dB의 안테나 이득을 얻을 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 플렉서블 패치 안테나는 휴대폰과 같은 좁은 공간에도 적용하는 내장형뿐만 아니라, 다양한 가전 제품 및/또는 소방관 화재 진압용 의복, 및 등산복과 같은 의복에 사용할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 패치 안테나를 도시한 평면도이다.

도 2는 도 1의 A - A'를 절단하여 도시한 단면도이다.

도 3 및 도 4는 중심 주파수 2.4㎓ 및 대역폭 대략 200㎒의 성능을 갖는 플렉서블 패치 안테나(100)를 본 발명에 따라 실제 제작한 안테나의 평면 및 배면 사진들이다.

도 5는 설계된 안테나와 도 3 및 도 4에 도시된 안테나 사이의 주파수에 따는 반사 손실을 나타낸 그래프이다.

도 6 본 발명에 따라 중심 주파수 2.4㎓, 약 200㎒의 대역폭을 갖도록 플렉서블 패치 안테나를 제작하였을 때, 안테나의 휨 정도에 따른 반사 손실을 나타낸 그래프이다.

도 7은 제작된 안테나를 무반사 실에서 측정했을 때의 방사 패턴을 2D로 나타낸 그래프이다.

도 8은 제작된 안테나를 무반사 실에서 측정했을 때의 방사 패턴을 3D로 나타낸 그래프이다.

Claims (20)

1. 플렉서블한 유전체 기판;

   상기 유전체 기판의 상부 표면상에 형성되는 방사 패치;

   상기 유전체 기판의 상부 표면상에 형성되며, 상기 방사 패치로부터 소정 거리 이격되는 그라운드;

   상기 유전체 기판의 하부 표면상에 형성되는 트랜스포머;

   상기 유전체 기판의 한 변으로부터 상기 트랜스포머까지 연장되며, 상기 트랜스포머와 전기적으로 연결되는 급전선; 및

   상기 그라운드의 내측 한 변으로부터 상기 방사 패치를 향해 돌출되는 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 그라운드는 상기 방사 패치의 외주를 따라 형성되는 플렉서블 패치 안테나.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 그라운드는 상기 방사 패치의 외주의 적어도 일부를 감싸는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 그라운드는 상기 방사 패치의 외주의 전체를 감싸는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그라운드는 상기 방사 패치와 동일 평면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플렉서블 패치 안테나는 상기 방사 패치 및 상기 그라운드 사이에 형성되는 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서, 상기 방사 패치는 그 일 변 중심부에 형성되는 오목부를 갖는 플렉서블 패치 안테나.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 스트립은 상기 방사 패치의 오목부에 대향하는 위치에서 상기 그라운드의 내측 변으로부터 연장되며, 상기 오목부의 내부로 적어도 그 선단이 인입되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 스트립은 상기 그라운드와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체 기판은 0.1 ~ 0.8㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 유전율 1.5 ~ 3.27을 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트랜스포머는 상기 방사 패치의 아래에 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 트랜스포머는 상기 방사 패치의 중심 및 외주 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 트랜스포머의 폭이 상기 급전선의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
16. 제 14 항에 있어서, 상기 트랜스포머는 상기 급전선과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
17. 플렉서블한 유전체 기판;

    상기 유전체 기판의 상부 표면상에 형성되는 사각 형상을 갖는 방사 패치, 상기 방사 패치는 그 일 변 중심부에 형성되는 오목부를 가지며;

    상기 유전체 기판의 상부 표면상에 형성되며, 상기 방사 패치의 선단으로부터 소정 거리 이격되며, 상기 방사 패치의 외주를 따라 형성되는 그라운드;

    상기 방사 패치의 상기 오목부에 대향하는 위치에서 상기 그라운드의 안쪽 변으로부터 연장되며, 상기 오목부의 내부로 적어도 그 선단이 인입되는 스트립;

    상기 유전체 기판의 하부 표면상에 형성되는 트랜스포머;

    상기 유전체 기판의 한 변으로부터 상기 트랜스포머까지 연장되며, 상기 트랜스포머와 전기적으로 연결되는 급전선;

    상기 유전체 기판, 및 상기 트랜스포머 및 상기 급전선 상에 형성되는 제 1 절연 층; 및

    상기 그라운드상에 형성되는 제 2 절연 층을 포함하며,

    상기 트랜스포머는 상기 방사 패치의 중심 및 외주 사이에 형성되며, 상기 그라운드는 상기 방사 패치와 동일 평면상에 형성되며, 상기 방사 패치 및 상기 그라운드 사이의 이격에 의해 슬롯이 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 스트립은 상기 그라운드와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 트랜스포머의 폭이 상기 급전선의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 트랜스포머는 상기 급전선과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 패치 안테나.

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