KR101163654B1

KR101163654B1 - 슬롯 안테나

Info

Publication number: KR101163654B1
Application number: KR20100078364A
Authority: KR
Inventors: 성영제
Original assignee: 경기대학교 산학협력단
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-07-09
Also published as: KR20120015867A

Abstract

본 발명은 슬롯 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 슬롯 안테나는 유전체층, 유전체층의 일면에 형성된 급전선 및 유전체층의 타면에 급전선의 일단과 연결되고, 사각의 프랙탈 구조의 금속면이 형성된 방사부를 포함할 수 있다.

Description

슬롯 안테나{SLOT ANTENNA}

본 발명은 프랙탁 구조를 사용한 슬롯 안테나에 관한 것이다.

안테나는 통신 목적을 위하여 전파를 방사하거나, 전파를 수신하는 장치이다. 안테나는 사용하는 주파수에 따라 모양이 여러 가지로 달라 질 수 있으며, 안테나가 효율적으로 동작시키기 위하여 사용 주파수를 공진 주파수로 설정한다.

최근에는 단말기 하나에서 다양한 무선 통신 주파수를 이용하는 경우가 많아지는 추세이며, 이에 따라 각각의 무선 통신 주파수별로 안테나가 필요하다. 이때, 각 무선 통신 주파수별로 안테나를 구비할 경우에는 단말기의 크기가 커지는 문제가 있어, 여러 공진 주파수를 가지는 광대역 안테나가 필요하다.

본 발명은 프랙탈 구조를 사용하여 소형의 슬롯 안테나를 구현하는 데 목적이 있다.

본 발명은 광대역 특성을 구현한 슬롯 안테나를 구현하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유전체층; 상기 유전체층의 일면에 형성된 급전선; 및 상기 유전체층의 타면에 형성되어 상기 급전선의 일단과 연결되는 방사부를 포함하되, 상기 방사부는 사각의 프랙탈 구조의 금속면; 상기 유전체층의 타면 외곽을 따라 사각링 형태로 상기 금속면 주변에 형성되어 내측 영역이 정사각 형상을 이루고 상기 급전선 및 상기 금속면과 전기적으로 연결되는 그라운드; 및 상기 그라운드의 내측 영역에서 상기 금속면이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 슬롯을 포함하는 슬롯 안테나를 제공할 수 있다.

삭제

본 발명의 실시예에 의하면, 프랙탈 구조의 슬롯이 형성되어 다중 대역을 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 동일한 기판에 접지면을 형성하여 부피를 감소할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 크기가 줄어들며 안테나의 대역폭을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 상면을 도시한 평면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 배면을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 상면을 도시한 평면도.
도 4 는 도 3에 도시된 슬롯 안테나의 배면을 도시한 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 슬롯 안테나의 주파수 응답 특성을 시뮬레이션한 그래프와 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 주파수 응답 특성을 측정한 그래프.
도 6 내지 도 8은 도 1에 도시된 슬롯 안테나의 x-z 평면에서 주파수별 측정된 방사패턴을 도시한 도면들.
도 9 내지 도 11은 도 1에 도시된 슬롯 안테나의 y-z 평면에서 주파수별 측정된 방사패턴을 도시한 도면들.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 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.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 슬롯 안테나에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 상면을 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 배면을 도시한 평면도이다.

도 1및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나는 방사부(100), 유전체층(40) 및 급전선(30)을 포함할 수 있다. 여기서, 방사부(100)는 그라운드(10), 금속면(50) 및 슬롯(70)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 그라운드(10)는 금속면(50) 또는 슬롯(70)의 주변에 형성될 수 있다. 그라운드(10)는 유전체층(40)의 상부면 외곽을 따라 링 형태로 형성될 수 있다. 도 1에서는 그라운드(10)가 사각링 형태로 형성된 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 금속면(50) 또는 슬롯(70)의 주변에 형성될 수 있다. 이때, 그라운드(10)는 적어도 하나의 금속면(50)과 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 그라운드(10)는 급전선(30)과 연결될 수 있다. 그라운드(10)는 유전체층(40) 배면에 형성된 급전선(30)과 비아홀(20)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

금속면(50)은 제1 영역(A)을 4분할한 소영역들 중 어느 한 영역에 형성될 수 있다. 예를 들면, 금속면(50)은 제1 영역(A)을 4분할한 소영역들 중 도 1에 도시된 바와 같이, 좌측 상부의 소영역에 형성될 수 있다.

또한, 제1 영역(A)을 4분한 소영역들에서 금속면(50)이 형성되지 않은 나머지 영역들을 다시 4등분한 영역들 중 어느 하나의 영역에 금속면(50)이 형성될 수 있다.

즉, 제1 영역(A)을 4분한 소영역들 중 금속면(50)이 미형성된 영역들 각각에 금속면(50)이 형성될 수 있다. 제2 영역(B)은 4등분되며, 분할된 소영역들 중 하나의 소영역에 금속면(50)이 형성될 수 있다.

이때, 제2 소영역을 분할한 소영역들 중 어느 하나의 소영역에 형성된 금속면(50)은 제1 영역(A)을 분할하고 분할된 영역 중 어느 하나에 형성된 금속면(50)에 상응하는 영역에 형성될 수 있다.

예를 들면, 제1 영역(A)의 좌측 상부 영역에 금속면(50)이 형성되면, 제2 영역(B)을 4분할한 영역 중 좌측 상단의 영역에 금속면(50)이 형성될 수 있다. 또한, 제1 영역(A)의 금속면(50)이 형성되지 않은 나머지 영역에도 제2 영역(B)에서와 동일하게 좌측 상단의 영역에 금속면(50)이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 영역(A)을 분할한 소영역들은 2×2형태로 분할될 수 있다. 또한, 분할된 소영역들은 정사각형 형태로 분할될 수 있다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 제1 영역(A)의 한변의 길이가 a이면 제1 영역(A) 각각을 분할한 소영역의 한변의 길이는 a/2이다. 또한, 제2 영역(B)을 분할한 길이는 a/4가 될 수 있다.

슬롯(70)은 상기의 금속면(50)이 형성되지 나머지 영역에 형성될 수 있다. 슬롯(70)은 제1 영역을 4분할한 영역 중 금속면(50)이 형성된 영역과 제2 영역을 4분할하여 금속면(50)이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역에 형성될 수 있다.

급전선(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체층(40)의 배면에 형성될 수 있다. 급전선(30)은 도전성 금속으로 형성될 수 있으며, 얇은 박막으로 형성될 수 있다. 급전선(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, L자 형태로 형성될 수 있다. 급전선(30)의 가로 길이(L1)의 길이가 세로 길이(L2)보다 클 수 있다. 또한, 급전선(30)은 소정의 폭(w)으로 형성될 수 있다. 급전선(30)은 커넥터(60)에 연결되어 외부의 신호 송수신장치와 연결될 수 있다. 급전선(30)은 일단이 비아홀(20)을 통해 그라운드(10)와 연결되며, 타단은 커넥터(60)와 연결된다.

본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 제1 영역(A)의 한변의 길이(a)는 54mm, 그라운드(10)의 한변의 길이(L)는 70mm, 유전체층(40)의 두께는 1.6mm, 유전율은 4.4, 급전선(30)의 가로 길이(L1)는 17mm, 세로 길이(L2)는 13.5mm, 급전선(30)의 폭(w)은 1mm로 형성된 슬롯 안테나를 제조하였으며, 제조된 슬롯 안테나를 시뮬레이션 및 직접측정을 하였다. 시뮬레이션 결과와 실험결과는 추후 도 5 내지 도 11을 통해 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 상부면을 도시한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 하부면을 도시한 평면도이다.

도 2는 도 1의 슬롯 안테나에서 제3 영역을 4분할하고 분할된 영역 중 어느 한 영역에 금속면(50)을 형성한 것을 제외하고 동일하며, 도 4는 도 2에 도시된 급전선(30)과 동일하다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬롯 안테나는 방사부(100), 유전체층(40) 및 급전선(30)을 포함할 수 있다. 여기서, 방사부(100)는 그라운드(10), 금속면(50) 및 슬롯(70)을 포함할 수 있다. 본 발명의 제2 실시에 따른 슬롯 안테나는 유전체층(40) 및 급전선(30)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 그라운드(10)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 금속면(50) 또는 슬롯(70)의 주변에 형성될 수 있으며, 금속으로 형성될 수 있다. 그라운드(10)는 금속면(50)과 동일 평면상에 형성되며, 유전체층(40)의 상부면에 형성될 수 있다. 그라운드(10)는 4각의 링형상으로 형성될 수 있다. 그라운드(10)는 비아홀(20)을 통해 급전선(30)과 연결될 수 있다.

금속면(50)은 제1 영역(A), 제2 영역(B)에 형성되며, 제3 영역(C)에 형성된다. 여기서, 제1 영역(A)은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 그라운드(10)로 둘러싸인 영역이다. 제2 영역(B)은 제1 영역(A)을 4분할한 소영역들 중 어느 한 영역이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제3 영역(C)은 제 2 영역(B)을 4분할한 영역 중 어느 한 영역을 도시하고 있다. 제3 영역(C)을 4분할한 영역 중 어느 한 영역에는 금속면(50)이 형성될 수 있다. 제3 영역(C)에 형성된 금속면(50)은 제1 영역(A)을 4분할하고 분할된 영역 중 금속면(50)이 형성된 위치와 동일한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(A)의 좌측 상부에 금속면(50)이 형성되면, 제3 영역(C)의 좌측 상부에 금속면(50)이 형성된다.

금속면(50)이 형성되지 않은 나머지 영역은 슬롯(70)이 형성된다.

여기서, 제3 영역(C)은 2×2형태로 영역이 분할되며, 각 영역은 정사각형일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 각 영역이 정사각형 이외의 사각형 형태일 수도 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 슬롯 안테나는 제1 영역(A), 제2 영역(B), 제3 영역(C) 각각을 4등분하고, 4등분한 영역 중 어느 하나에 금속면(50)을 형성한 것을 도시하고 있다.

본 발명은 제3 영역(C)을 4등분한 영역을 다시 4등분하고, 4등분된 각각의 영역 중 어느 한 영역에 금속면이 형성될 수 있으며, 소정의 영역을 가질때까지 반복될 수 있다.

급전선(30)은 도 4에 도시된 바와 같이, 유전체층(40)의 배면에 형성될 수 있다. 급전선(30)은 도전성 금속으로 형성될 수 있으며, 얇은 박막으로 형성될 수 있다. 급전선(30)은 도 4에 도시된 바와 같이, L자 형태로 형성될 수 있다. 급전선(30)의 가로 길이(L1)의 길이가 세로 길이(L2)보다 클 수 있다. 또한, 급전선(30)은 소정의 폭(w)으로 형성될 수 있다. 급전선(30)은 커넥터(60)에 연결되어 외부의 신호 송수신장치와 연결될 수 있다. 급전선(30)은 일단이 비아홀(20)을 통해 그라운드(10)와 연결되며, 타단은 커넥터(60)와 연결된다.

본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 제1 영역(A)의 한변의 길이(a)는 54mm, 그라운드(10)의 한변의 길이(L)는 70mm, 유전체층(40)의 두께는 1.6mm, 유전율은 4.4, 급전선(30)의 가로 길이(L1)는 17mm, 세로 길이(L2)는 13.5mm, 급전선(30)의 폭(w)은 1mm로 형성된 슬롯 안테나를 제조하였으며, 제조된 슬롯 안테나를 시뮬레이션 및 직접측정을 하였다. 시뮬레이션 결과와 실험결과는 추후 도 5 내지 도 11을 통해 자세히 설명하기로 한다.

급전선(30)은 일단은 비아홀(20)을 통해 그라운드(10)와 연결되며, 타단은 커넥터(60)와 연결된다.

도 5는 본 발명에 따른 슬롯 안테나의 반사 손실을 시뮬레이션한 그래프와 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 반사 손실을 측정한 그래프이다.

도 5는 금속면이 미형성된 상태의 슬롯 안테나, 제1 영역에 금속면이 형성된 슬롯 안테나, 제2 영역에 금속면이 형성된 슬롯 안테나, 제3 영역에 금속면이 형성된 슬롯 안테나의 반사 손실을 시뮬레이션 한 것과, 도 1및 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 반사 손실을 측정한 값을 도시한 그래프이다. 도 4는 슬롯 안테나의 제1 영역(A)의 한변의 길이(a)는 54mm, 그라운드(10)의 한변의 길이(L)는 70mm, 유전체층(40)의 두께는 1.6mm, 유전율은 4.4, 급전선(30)의 가로 길이(L1)는 17mm, 세로 길이(L2)는 13.5mm, 급전선(30)의 폭(w)은 1mm로 형성된 슬롯 안테나를 실험한 예이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 금속면이 형성되지 않았을 경우, 즉 제1 영역에 슬롯이 형성된 경우에 약 3.3GHz에서 가장 작은 반사 손실을 가지며, 나머지 주파수 영역에서는 반사 손실이 매우 큰 것을 알 수 있다.

제1 영역에 금속면이 형성된 경우에는 3.3GHz 대역에서 가장 작은 반사 손실을 가지며, 3GHz 내지 35GHz 대역에서 -10dB이하의 반사 손실을 가지는 것을 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있다.

도 5에서는 제1, 제2 영역에 금속면이 형성된 경우 3.3GHz 대역 이외에 약 2.6GHz 대역과 2.2GHz 대역에서 반사 손실이 작으며, 2GHz 내지 3.5GHz 대역에서 -10dB이하의 반사 손실을 가지는 것을 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있다.

또한, 제1, 제2 영역 및 제3 영역에 금속면이 형성된 경우에 2.3GHz 대역에서 반사 손실이 가장 낮으며, 2.3GHz 내지 3.2GHz의 주파수 대역에서 -10dB이하의 반사 손실을 가지는 것을 시뮬레이션 결과를 통해 확인할 수 있다.

여기서, 제1 영역과 제2 영역에 금속면이 형성된 슬롯 안테나의 반사 손실을 측정한 결과를 살펴보면, 약 3.78GHz 내지 1.96GHz 대역 사이의 반사 손실이 -10dB 이하의 반사 손실을 가지는 광대역 특성을 확인 할 수 있으며, 시뮬레이션 결과와 유사하게 광대역 특성이 나타남을 확인할 수 있다.

상기에서와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나는 1.96GHz 내지 3.78GHz 대역에서 낮은 반사 손실을 가지는 광대역 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.

도 5에서 확인한 바와 같이, 본 발명은 대역폭을 확장할 수 있으며, 슬롯 안테나의 크기를 줄일 수 있다.

도 6 내지 도 8은 도 1에 도시된 슬롯 안테나의 x-z 평면에서 주파수별 측정된 방사패턴을 도시한 도면들이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 2.2GHz대역에서 x-z평면에서 측정한 방사 패턴이고, 도 7은 2.59GHz 대역에서 측정한 방사 패턴이며, 도 8은 3.39GHz 대역에서 측정한 방사 패턴이다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 안테나는 양방향 주파수 송수신이 가능한 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 안테나는 1.96 내지 3.78GHz 대역에서 동일한 편광면을 가지며, 유사한 방사 패턴을 가짐을 알 수 있다.

도 9 내지 도 11은 도 1에 도시된 슬롯 안테나의 y-z 평면에서 주파수별 측정된 방사패턴을 도시한 도면들이다.

도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 슬롯 안테나의 2.2GHz대역에서 y-z평면에서 측정한 방사 패턴이고, 도 10은 2.59GHz 대역에서 측정한 방사 패턴이며, 도 11은 3.39GHz 대역에서 측정한 방사 패턴이다.

도 9 내지 도 11을 살펴보면, 360도 전방향의 신호를 송수신 할 수 있음을 알 수 있다. 이때, 안테나의 이득은 3.8dBi이고, 이득 변화율은 1.1dB이하이다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 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.

10: 그라운드
20: 비아홀
30: 급전선
40: 유전체층
50: 금속면
60: 커넥터
70: 슬롯
100: 방사부

Claims

유전체층;
상기 유전체층의 일면에 형성된 급전선; 및
상기 유전체층의 타면에 형성되어 상기 급전선의 일단과 연결되는 방사부를 포함하되,
상기 방사부는
사각의 프랙탈 구조의 금속면;
상기 유전체층의 타면 외곽을 따라 사각링 형태로 상기 금속면 주변에 형성되어 내측 영역이 정사각 형상을 이루고 상기 급전선 및 상기 금속면과 전기적으로 연결되는 그라운드; 및
상기 그라운드의 내측 영역에서 상기 금속면이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된 슬롯을 포함하는 슬롯 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 프랙탈 구조는
상기 그라운드의 내측 영역인 제1 영역을 4분할한 제2 영역들 중 어느 1개의 영역에 상기 금속면이 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯 안테나.
제 2 항에 있어서,
상기 프랙탈 구조는
상기 제2 영역들 각각을 4분할한 제3 영역들 중 어느 1개의 영역에 상기 금속면이 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯 안테나.
제 3 항에 있어서,
상기 제3 영역들에 형성된 금속면은 상기 제2 영역들에 형성된 금속면과 상응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯 안테나.
제 3 항에 있어서,
상기 프랙탈 구조는
상기 제3 영역들 각각을 4분할한 영역들 중 적어도 1개의 영역에 금속면이 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯 안테나.
제 5 항에 있어서,
상기 제3 영역들 각각을 4분할한 영역들 중 적어도 1개의 영역에 형성된 금속면은 상기 제3 영역들에 형성된 금속면과 상응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯 안테나.
삭제
제3 항에 있어서,
상기 제2 영역들 또는 상기 제3 영역들은 정사각형 형태인 것을 특징으로 하는 슬롯 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체층을 관통하여 상기 급전선과 상기 방사부를 연결하는 비아홀을 더 포함하는 슬롯 안테나.
제 9 항에 있어서,
상기 급전선과 연결된 커넥터를 더 포함하는 슬롯 안테나.
제 10 항에 있어서,
상기 급전선은
L자 형태로 형성되어 상기 커넥터에 연결되는 것을 특징으로 하는 슬롯 안테나.