KR101147939B1 - Ｘ 밴드 및 ｓ 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나 - Google Patents

Ｘ 밴드 및 ｓ 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나 Download PDF

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Abstract

아랫면에 접지가 구비되는 제1 기판과, 상기 제1 폼 기판 상에 적층되는 제2 기판과, 상기 제2 폼 기판 상에 적층되는 제3 기판과, 상기 제3 폼 기판 상에 적층되는 제4 기판과, 상기 제1 기판의 윗면에 형성되는 X 밴드 마이크로스트립 패치(X band microstrip patch)와, 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치와 대향하도록 상기 제2 기판의 아랫면에 형성되는 X 밴드 기생 패치(X band parasitic patch)와, 상기 제3 기판의 윗면에 형성되는 S 밴드 마이크로스트립 패치(S band microstrip patch)와, 상기 제4 기판의 윗면 중 상기 S 밴드 마이크로스트립 패치와 평행한 위치에 형성되는 S 밴드 기생 패치(S band parasitic patch)와, 상기 제2 기판의 윗면에 형성되는 S 밴드 변형 커플링 급전 패치(S band modified coupling feed patch)를 포함하고, 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치는 8 X 8의 배열 형태로 구성되고, 상기 S 밴드 마이크로스트립 패치는 2 X 2의 배열 형태로 구성되고, 상기 S 밴드 변형 커플링 급전 패치는 이중편파 급전을 위해 상기 S밴드 마이크로스립 패치의 하부 위치에 2개가 구비된다. 본 발명에 따르면, 광대역 주파수 대역 특성과 안테나 이득을 얻을 수 있다. 또한, 소형 및 경량의 장점을 보유한 채, 방사 패턴의 지향성을 얻을 수 있다. 특히, 종래에 비해 S 밴드 주파수의 대역폭을 좀 더 넓게 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

Ｘ 밴드 및 Ｓ 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나{X-BAND AND S-BAND DUAL-POLARIZED MICROSTRIP STACKED PATCH ARRAY ANTENNA}
본 발명은 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로스트립 패치(microstrip patch)로 구성되는 안테나는 크기가 작고, 무게가 가벼울 뿐만 아니라 제조도 용이하므로, 다양한 통신 방식에 널리 이용되고 있다. 마이크로스트립 패치 안테나는 패치의 형상이나 크기, 그리고 그에 형성되는 다양한 슬롯 등의 파라미터를 변형하여 다양한 주파수 대역에서 이용될 수 있도록 구성된다.
마이크로스트립 패치 안테나는 이러한 많은 장점을 보유하고 있지만, Q값이 높아서 대역폭이 좁다는 문제점이 있으며, 이득도 그다지 높은 편이 아니다.
현재 이동 통신, 위성 통신 또는 군 통신의 발전 추세는 광대역에서 운용 가능한 단말이나 그에 적합한 안테나를 개발하는 방향으로 가고 있다. 그리하여, 마이크로스트립 패치 안테나의 다양한 장점을 보유한 채 그의 협대역 특성을 좀 더 개선하기 위해, 스택(stack) 구조의 마이크로스트립 스택 패치 안테나(microstip stacked patch antenna)가 개선안의 하나로 활용되고 있다.
본 발명의 목적은 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나는, 아랫면에 접지가 구비되는 제1 기판과, 상기 제1 폼 기판 상에 적층되는 제2 기판과, 상기 제2 폼 기판 상에 적층되는 제3 기판과, 상기 제3 폼 기판 상에 적층되는 제4 기판과, 상기 제1 기판의 윗면에 형성되는 X 밴드 마이크로스트립 패치(X band microstrip patch)와, 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치와 대향하도록 상기 제2 기판의 아랫면에 형성되는 X 밴드 기생 패치(X band parasitic patch)와, 상기 제3 기판의 윗면에 형성되는 S 밴드 마이크로스트립 패치(S band microstrip patch)와, 상기 제 4 기판의 윗면 중 상기 S 밴드 마이크로스트립 패치가 형성된 상기 제3 기판의 위치와 상응하는 위치에 형성되는 S 밴드 기생 패치(S band parasitic patch)와, 상기 제2 기판의 윗면에 형성되는 S 밴드 변형 커플링 급전 패치(S band modified coupling feed patch)를 포함하고, 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치는 8 X 8의 배열 형태로 구성되고, 상기 S 밴드 마이크로스트립 패치는 2 X 2의 배열 형태로 구성되고, 상기 S 밴드 변형 커플링 급전 패치는 이중편파 급전을 위해 상기 S밴드 마이크로스립 패치의 하부 위치에 2개가 구비된다. 이때, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 적층되는 제1 폼(foam) 기판과, 상기 제2 기판과 상기 제3 기판 간에 적층되는 제2 폼 기판과, 상기 제3 기판과 상기 제4 기판 간에 적층되는 제3 폼 기판을 더 포함하고, 상기 제1 폼 기판 내지 상기 제3 폼 기판의 유전율은 1.06인 것으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 기판 내지 상기 제4 기판의 각 변의 길이는 130 mm이고, 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치의 중심 간 거리는 15 mm이고, 상기 S 밴드 마이크로스트립 패치의 중심 간 거리는 60 mm인 것이 바람직하다. 그리고 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간의 간격은 2.5 mm이고, 상기 제2 기판과 상기 제3 기판 간의 간격은 2 mm이고, 상기 제3 기판과 상기 제4 기판 간의 간격은 5 mm인 것이 바람직하다. 한편, 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치 및 상기 X 밴드 기생 패치가 마름모 형상으로 각각 배열되고, X 밴드 H 편파 급전점(X band H-polarization feed point)은 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치 상에서 중심으로부터 소정 거리 좌측에 형성되고, X 밴드 V 편파 급전점(X band V-polarization feed point)은 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치 상에서 중심으로부터 소정 거리 하측에 형성되도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 S 밴드 마이크로스트립 패치는, 정사각형 형상으로서 각각 4 개의 X 밴드 기생 패치와 평면상으로 포개어지도록 배열되고, 상기 4 개의 X 밴드 기생 패치와 평면상으로 포개어지는 부분이 천공되어 뚫려져 있고, 상기 S 밴드 기생 패치는, 정사각형 형상에서 네 모서리 부위가 이등변삼각형 형상으로 잘려져 나간 형상으로서, 상기 4 개의 X 밴드 기생 패치와 평면상으로 포개어지는 부분이 천공되어 뚫려져 있고, 상기 4 개의 천공되어 뚫려진 부분이 에워싸는 중심 부분이 마름모 형상으로 천공되어 뚫려져 있는 것으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 S 밴드 변형 커플링 급전 패치는, 상기 S 밴드 기생 패치의 좌단과 하단에 각각 포개어지는 형상으로 2 개가 배열될 수 있다. 다른 한편, 상기 제1 기판의 유전율은 3.2이고, 두께는 0.762 mm이고, 상기 제2 기판의 유전율은 3.2이고, 두께는 0.762 mm이고, 상기 제3 기판의 유전율은 3.2이고, 두께는 0.762 mm이고, 상기 제4 기판의 유전율은 3.2이고, 두께는 0.508 mm인 것이 바람직하다.
상기와 같은 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나에 따르면, 서로 다른 중심 주파수에서 이용되는 복수의 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 스택 구조로 형성하여 이용함으로써, 광대역 주파수 대역 특성과 안테나 이득을 얻을 수 있다. 또한, 소형 및 경량의 장점을 보유한 채, 방사 패턴의 지향성(directivity)을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 패치 형상과 별도의 급전 패치에 의해, 종래에 비해 S 밴드 주파수의 대역폭을 좀 더 넓게 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 전체 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치의 평면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치 어레이의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치의 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 X 밴드 패치의 반사계수와 편파분리도를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 X 밴드 패치의 방사 패턴도이다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 X 밴드 패치의 교차 편파 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치 어레이의 반사계수와 편파분리도를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치 어레이의 방사 패턴도이다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치 어레이의 교차 편파 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 S 밴드 패치의 반사계수와 편파분리도를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 S 밴드 패치의 방사 패턴도이다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 S 밴드 패치의 교차 편파 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치 어레이의 반사계수와 편파분리도를 나타내는 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치 어레이의 방사 패턴도이다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치 어레이의 교차 편파 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 및 X 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 및 X 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 전체 평면도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 및 X 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나(microstrip stacked patch array antenna)(100)(이하, '마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나'라 함)는 제1 기판(110), 제2 기판(120), 제3 기판(130) 및 제4 기판(140)이 적층 구조로 구성되고, 기판 상에 X 밴드 마이크로스트립 패치(X band microstrip patch)(111), X 밴드 기생 패치(X band parasitic patch)(112), S 밴드 마이크로스트립 패치(S band microstrip patch)(131), S 밴드 기생 패치(S band parasitic patch)(132) 및 S 밴드 변형 커플링 급전 패치(S band modified coupling feed patch)(133)가 배열 구조로 형성된다.
마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나(100)는 각 기판이나 패치의 형상, 크기, 두께, 유전율, 배열 구조 등의 구성에 의해 광대역 주파수 대역 특성과 향상된 안테나 이득을 얻을 수 있다. 또한, 소형 및 경량의 장점을 보유한 채, 방사 패턴의 지향성을 얻을 수 있어서 이동통신 단말과 같은 소형 통신 장치에 적합하다. 또한, 적층 구조에 의해 각 주파수 대역 간의 간섭을 줄일 수 있다. 그리고 이중 급전 구조에 의해 이중 편파 특성도 얻을 수 있는 장점이 있다. 특히, 패치의 특이한 형상과 S 밴드 변형 커플링 급전 패치(133)를 별도로 구성함에 의해 S 밴드 주파수의 대역폭을 좀 더 넓게 확보할 수 있는 특징이 있다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
제1 기판(110)은 아랫면에 접지가 구비되며, 제2 기판(120)은 제1 기판(110) 상에 적층되고, 제3 기판(130)은 제2 기판(120) 상에 적층되고, 제4 기판(140)은 제3 기판(130) 상에 적층된다. 여기에서, 제1 기판(110)의 유전율은 3.2, 두께는 0.762 mm, 제2 기판(120)의 유전율은 3.2, 두께는 0.762 mm, 제3 기판(130)의 유전율은 3.2, 두께는 0.762 mm, 제4 기판(140)의 유전율은 3.2, 두께는 0.508 mm가 되도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 간의 간격은 2.5 mm, 제2 기판(120)과 제3 기판(130) 간의 간격은 2 mm, 제3 기판(130)과 제4 기판(140) 간의 거리는 5 mm가 되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의해 안테나 대역폭과 안테나 이득(gain)이 설정될 수 있다. 일반적으로, 기판의 두께가 두꺼울수록 대역폭은 증가하게 된다. 그리고 유전율은 낮을수록 안테나 이득이 커진다. 한편, 적층 구조에서 기판 간 간격은 X 밴드와 S 밴드의 상호 간섭을 줄이는 데 중요한 기능을 한다. 즉, 각 마이크로스트립 패치 간의 공진이나 커플링 결합을 유도하여 다중 공진 특성을 갖도록 한다.
한편, 제1 폼(foam) 기판(미도시)이 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 간에 적층되고, 제2 폼 기판(미도시)이 제2 기판(120)과 제3 기판(130) 간에 적층되고, 제3 폼 기판(미도시)이 제3 기판(130)과 제4 기판(140) 간에 적층되도록 구성될 수 있다. 여기에서, 제1 폼 기판 내지 제3 폼 기판은 스티로폼과 같은 재질로 구성되며, 공기와 거의 유사한 유전율을 갖는 구성으로서, 유전율이 1.06이 되도록 구성될 수 있다.
한편, X 밴드 마이크로스트립 패치(111)는 제1 기판(110)의 윗면에 형성되도록 구성된다. 여기에서, X 밴드 마이크로스트립 패치(100)는 대략 9-10 GHz 대역의 X 밴드용으로 제작된다.
그리고 X 밴드 기생 패치(112)는 X 밴드 마이크로스트립 패치(111)와 대향하도록 제2 기판(120)의 아랫면에 형성된다. X 밴드 기생 패치(112)는 X 밴드 마이크로스트립 패치(111)와 서로 커플링되도록 구성되며, 커플링에 의해 대역폭이 넓어지게 된다.
한편, S 밴드 마이크로스트립 패치(131)는 제3 기판(130)의 윗면에 형성된다. 이때, S 밴드 마이크로스트립 패치(131)는 2-4 GHz의 S 밴드용으로 제작된다.
그리고 S 밴드 기생 패치(132)는 제 4 기판(140)의 윗면 중 S 밴드 마이크로스트립 패치(131)가 형성된 제3 기판(130)의 위치와 상응하는 위치에 형성된다. S 밴드 기생 패치(132) 역시 S 밴드 마이크로스트립 패치(131)와 커플링하여 대역폭을 넓히는 기능을 한다.
다음으로, S 밴드 변형 커플링 급전 패치(133)는 제2 기판(120)의 윗면에 형성된다. S 밴드 변형 커플링 급전 패치(133)는 S 밴드용 급전을 위한 구성으로서, 종래와 달리 기판 상에 커넥터가 직접 연결되지 않고 기판 상의 패치를 통해서 급전을 하도록 구성된다. 이러한 S 밴드 변형 커플링 급전 패치(133)는 S 밴드의 대역폭을 좀 더 광대역으로 넓혀주는 기능을 한다. 이때, V 편파 급전 및 H 편파 급전에 의해 이중 편파가 형성된다. X 밴드 마이크로스트립 패치(111)에서는 별도의 급전 패치없이 X 밴드 마이크로스트립 패치(110) 상에 V 편파 급전 및 H 편파 급전을 하여 이중 편파를 형성한다.
도 2를 참조하면, 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나(100) 및 X 밴드 마이크로스트립 패치(111)가 8 X 8로 배열되고, S 밴드 기생 패치(131) 및 S 밴드 기생 패치(132)가 2 X 2로 배열되고, S 밴드 변형 커플링 급전 패치(133)가 이중편파 급전을 위해 S밴드 마이크로스립 패치의 하부 위치에 2개가 구비된다. 여기에서, 제1 기판(110) 내지 제4 기판(140)의 각 변의 길이가 130 mm일 때, X 밴드 마이크로스트립 패치(111)의 중심 간 거리는 15 mm, S 밴드 마이크로스트립 패치(131)의 중심 간 거리는 60 mm인 것이 바람직하다. 이러한 중심 간 거리는 배열안테나의 이득, 빔폭, 복사패턴 특성을 결정한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치의 평면도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치 어레이의 평면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, X 밴드 마이크로스트립 패치(111)와 X 밴드 기생 패치(112)가 각각 마름모 형상으로 각각 배열됨을 알 수 있다. X 밴드 마이크로스트립 패치(111)는 그 형상이나, 길이, 폭 등의 파라미터에 따라 X 밴드에서 동작하도록 구성된다.
한편, X 밴드 H 편파 급전점(X band H-polarization feed point)(111a)은 X 밴드 마이크로스트립 패치(111) 상에서 중심으로부터 소정 거리 좌측에 형성되고, X 밴드 V 편파 급전점(X band V-polarization feed point)(111b)도 X 밴드 마이크로스트립 패치(111) 상에서 중심으로부터 소정 거리 하측에 형성될 수 있다. 이러한 이중 급전점은 V 편파 및 H 편파의 이중 편파를 형성한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치의 평면도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치 어레이의 평면도이다.
도 4a의 (a) 및 도 4b를 참조하면, S 밴드 마이크로스트립 패치(131)는 정사각형 형상으로서 각각 4 개의 X 밴드 기생 패치와 평면상으로 포개어지도록 배열되고, 4 개의 X 밴드 기생 패치와 평면상으로 포개어지는 부분이 천공되어 뚫려져 있도록 구성된다.
도 4a의 (b) 및 도 4b를 참조하면, S 밴드 기생 패치(132)는 정사각형 형상에서 네 모서리 부위가 이등변삼각형 형상으로 잘려져 나간 형상으로서, 4 개의 X 밴드 기생 패치(112)와 평면상으로 포개어지는 부분이 천공되어 뚫려져 있고, 4 개의 천공되어 뚫려진 부분이 에워싸는 중심 부분이 마름모 형상으로 천공되어 뚫려져 있도록 구성된다.
도 4a의 (c) 및 도 4b를 참조하면, S 밴드 변형 커플링 급전 패치(133)는 S 밴드 패치(131)의 좌단과 하단에 각각 포개어지는 형상으로 2 개가 배치되도록 구성된다. 좌단과 하단 각각 H 편파 급전과 V 편파 급전을 위한 것이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 X 밴드 패치의 반사계수와 편파분리도를 나타내는 그래프이다.
도 5a를 참조하면, X 밴드 마이크로스트립 패치(111)가 단일 패치로서의 반사 계수 특성과 편파분리도를 나타낸다. 대략 8.8-10.7 GHz의 X 밴드에서 동작함을 알 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 X 밴드 패치의 방사 패턴도이다.
도 5b에서 보듯이, X 밴드 전파의 지향성(directivity)을 확인할 수 있다. 5.84 dBi의 이득 크기를 나타낸다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 X 밴드 패치의 교차 편파 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5c에서는 교차 편파 특성이 17.4 dB 정도로 나타남을 알 수 있다. 이는 9.4 GHz에서 H 평면 및 E 평면의 방사 패턴을 나타낸다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치 어레이의 반사계수와 편파분리도를 나타내는 그래프이다.
도 6a를 참조하면, 8 X 8의 X 밴드 패치 어레이의 경우 발생되는 안테나 특성을 알 수 있다. 8.7-12.7 GHz의 대역폭을 나타내며, 편파분리도는 13 dB 이상 나타남을 알 수 있다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치 어레이의 방사 패턴도이다.
도 6b를 참조하면, 8 X 8의 X 밴드 패치 어레이의 경우 방사 패턴을 나타내며, 19.2 dBi 정도 이득 크기를 확인할 수 있다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 X 밴드 패치 어레이의 교차 편파 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6c를 참조하면, 8 X 8의 X 밴드 패치 어레이의 경우 21.7 dB 정도의 교차 편파 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 S 밴드 패치의 반사계수와 편파분리도를 나타내는 그래프이다.
도 7a에서 보듯이, 단일 S 밴드 패치는 2.9-3.53 GHz의 대역폭을 나타내며, 반사손실(S11)은 -10 dB 이하를 나타냄을 알 수 있다. 그리고 상기 대역폭에서 편파분리도는 15 dB 이상으로 나타난다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 S 밴드 패치의 방사 패턴도이다.
도 7b에서 보듯이, 3.25 GHz에서 H 평면 및 E 평면의 지향성 방사 특성이 나타나 있다. 8.29 dBi 정도의 크기를 나타낸다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 S 밴드 패치의 교차 편파 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7c에서는 18.6 dB 정도의 교차 편파 특성을 확인할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치 어레이의 반사계수와 편파분리도를 나타내는 그래프이다.
도 8a를 참조하면, S 밴드 패치 어레이는 2.92-3.57 GHz 정도의 대역폭 특성을 나타내며, 반사손실(S11)은 -10 dB 이하를 나타냄을 알 수 있다. 그리고 상기 대역폭에서의 편파분리도는 15 dB 이상으로 나타난다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치 어레이의 방사 패턴도이다.
도 8b에서는, 3.25 GHz에서 13.2 dBi의 정도의 지향성을 나타낸다.
도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 S 밴드 패치 어레이의 교차 편파 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8c를 참조하면, 3.25 GHz에서 21.4 dB의 교차 편파 특성을 나타낸다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 제1 기판 101: 접지
111: X 밴드 마이크로스트립 패치
111a: X 밴드 H 편파 급전점 111b: X 밴드 V 편파 급전점
112: X 밴드 기생 패치 120: 제2 기판
130: 제3 기판 131: S 밴드 마이크로스트립 패치
132: S 밴드 기생 패치 133: S 밴드 변형 커플링 급전 패치
133a: S 밴드 H 편파 급전점 133b: S 밴드 V 편파 급전점
140: 제4 기판

Claims (8)

  1. 아랫면에 접지가 구비되는 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 적층되는 제2 기판;
    상기 제2 기판 상에 적층되는 제3 기판;
    상기 제3 기판 상에 적층되는 제4 기판;
    상기 제1 기판의 윗면에 형성되는 X 밴드 마이크로스트립 패치(X band microstrip patch);
    상기 X 밴드 마이크로스트립 패치와 대향하도록 상기 제2 기판의 아랫면에 형성되는 X 밴드 기생 패치(X band parasitic patch);
    상기 제3 기판의 윗면에 형성되는 S 밴드 마이크로스트립 패치(S band microstrip patch) 및
    상기 제 4 기판의 윗면 중 상기 S 밴드 마이크로스트립 패치가 형성된 상기 제3 기판의 위치와 상응하는 위치에 형성되는 S 밴드 기생 패치(S band parasitic patch)를 포함하고,
    상기 제2 기판의 윗면에 형성되는 S 밴드 변형 커플링 급전 패치(S band modified coupling feed patch);
    상기 X 밴드 마이크로스트립 패치는 8 X 8의 배열 형태로 구성되고, 상기 S 밴드 마이크로스트립 패치는 2 X 2의 배열 형태로 구성되고, 상기 S 밴드 변형 커플링 급전 패치는 이중편파 급전을 위해 상기 S밴드 마이크로스립 패치의 하부 위치에 2개가 구비되는 것을 특징으로 하는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간에 적층되는 제1 폼(foam) 기판;
    상기 제2 기판과 상기 제3 기판 간에 적층되는 제2 폼 기판;
    상기 제3 기판과 상기 제4 기판 간에 적층되는 제3 폼 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 폼 기판 내지 상기 제3 폼 기판의 유전율은 1.06인 것을 특징으로 하는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판 내지 상기 제4 기판의 각 변의 길이는 130 mm이고,
    상기 X 밴드 마이크로스트립 패치의 중심 간 거리는 15 mm이고,
    상기 S 밴드 마이크로스트립 패치의 중심 간 거리는 60 mm인 것을 특징으로 하는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 간의 간격은 2.5 mm이고,
    상기 제2 기판과 상기 제3 기판 간의 간격은 2 mm이고,
    상기 제3 기판과 상기 제4 기판 간의 간격은 5 mm인 것을 특징으로 하는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 배치 배열 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 X 밴드 마이크로스트립 패치 및 상기 X 밴드 기생 패치가 마름모 형상으로 각각 배열되고,
    X 밴드 H 편파 급전점(X band H-polarization feed point)은 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치 상에서 중심으로부터 소정 거리 좌측에 형성되고,
    X 밴드 V 편파 급전점(X band V-polarization feed point)은 상기 X 밴드 마이크로스트립 패치 상에서 중심으로부터 소정 거리 하측에 형성되는 것을 특징으로 하는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 배치 배열 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 S 밴드 마이크로스트립 패치는,
    정사각형 형상으로서 각각 4 개의 X 밴드 기생 패치와 평면상으로 포개어지도록 배열되고, 상기 4 개의 X 밴드 기생 패치와 평면상으로 포개어지는 부분이 천공되어 뚫려져 있고,
    상기 S 밴드 기생 패치는,
    정사각형 형상에서 네 모서리 부위가 이등변삼각형 형상으로 잘려져 나간 형상으로서, 상기 4 개의 X 밴드 기생 패치와 평면상으로 포개어지는 부분이 천공되어 뚫려져 있고, 상기 4 개의 천공되어 뚫려진 부분이 에워싸는 중심 부분이 마름모 형상으로 천공되어 뚫려져 있는 것을 특징으로 하는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 S 밴드 변형 커플링 급전 패치는,
    상기 S 밴드 기생 패치의 좌단과 하단에 각각 포개어지는 형상으로 2 개가 배치되는 것을 특징으로 하는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 기판의 유전율은 3.2이고, 두께는 0.762 mm이고,
    상기 제2 기판의 유전율은 3.2이고, 두께는 0.762 mm이고,
    상기 제3 기판의 유전율은 3.2이고, 두께는 0.762 mm이고,
    상기 제4 기판의 유전율은 3.2이고, 두께는 0.508 mm인 것을 특징으로 하는 X 밴드 및 S 밴드 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 배치 배열 안테나.
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