KR101164619B1 - Microstrip stacked patch antenna - Google Patents

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KR101164619B1
KR101164619B1 KR1020120014594A KR20120014594A KR101164619B1 KR 101164619 B1 KR101164619 B1 KR 101164619B1 KR 1020120014594 A KR1020120014594 A KR 1020120014594A KR 20120014594 A KR20120014594 A KR 20120014594A KR 101164619 B1 KR101164619 B1 KR 101164619B1
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microstrip
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박대성
이석곤
김형주
이영기
최재훈
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삼성탈레스 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A stacked microstrip patch antenna is provided to miniaturize an antenna without effect on radiation efficiency and bandwidth of antenna. CONSTITUTION: A second substrate(200) is formed on the upper side of a first substrate(100). A third substrate(300) is formed on the upper side of the second substrate. A first microstrip patch(110) is formed on the upper surface of the first substrate. A second microstrip patch(310) is formed on the upper surface of the third substrate. A first feed line(500) directly supplies a signal of a first frequency band to the first microstrip patch. A second feed line(600) supplies a signal of a second frequency band to a feeding coupling patch(210).

Description

마이크로스트립 스택 패치 안테나{MICROSTRIP STACKED PATCH ANTENNA}Microstrip Stack Patch Antenna {MICROSTRIP STACKED PATCH ANTENNA}

본 발명은 마이크로스트립 스택 패치 안테나에 관한 것으로서, 이중 대역에서 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip stack patch antenna, and more particularly to a microstrip stack patch antenna capable of implementing dual polarization in a dual band.

유선이 필요 없는 Wireless Local Area Network(WLAN)은 무선접속장치가 설치된 곳을 중심으로 일정 거리 이내에서 PDA나 노트북 컴퓨터를 통해 초고속 인터넷 이용을 가능하게 하는 기술이다. 즉, 유선망에 구속됨이 없이 기존 유선 LAN의 모든 이점과 기능을 그대로 제공한다. 2.4 GHz 대역의 802.11b 기반의 WLAN 서비스는 전송속도, 보안 및 향후 휴대인터넷 서비스와의 연계 등의 측면에서 취약점으로 가지고 있다는 평가를 받아왔다. 반면 IEEE 802.11a 표준을 사용하는 5 GHz 대역은 보다 신속한 데이터 전송으로 최근 많은 관심을 받고 있다. 따라서 두 대역을 모두 포함할 수 있는 안테나의 필요성이 대두되었다.Wireless Local Area Network (WLAN), which does not require wires, is a technology that enables high-speed Internet access through a PDA or notebook computer within a certain distance, centered on where wireless access devices are installed. That is, it provides all the advantages and functions of the existing wired LAN without being bound to the wired network. 802.11b-based WLAN services in the 2.4 GHz band have been evaluated as vulnerable in terms of transmission speed, security, and connection with future mobile Internet services. On the other hand, the 5 GHz band using the IEEE 802.11a standard has received much attention recently for faster data transmission. Therefore, there is a need for an antenna that can cover both bands.

또한 군용의 경우, 레이더 안테나 용도로서 8GHz~12GHz 대역의 X 대역(X-Band)을 사용하며, 동시에, 2GHz~4GHz 대역의 S 대역(S-Band)를 사용한다. 따라서 이 역시 두 대역을 모두 포함할 수 있는 군용 안테나의 개발이 필요하다.In the case of military use, the X band (X-Band) of the 8 GHz to 12 GHz band is used as the radar antenna, and the S band (S-Band) of the 2 GHz to 4 GHz band is used at the same time. Therefore, it is also necessary to develop a military antenna that can include both bands.

마이크로스트립 패치(microstrip patch) 구조로 구현되는 마이크로스트립 패치 안테나는 패치의 형상이나 크기, 그리고 그에 형성되는 다양한 슬롯 등의 파라미터를 변형하여 다양한 주파수 대역에서 이용될 수 있다. 마이크로스트립 패치 안테나는 이러한 많은 장점을 보유하고 있지만, Q값이 높아서 대역폭이 좁다는 문제점이 있으며, 이득도 그다지 높은 편이 아니다.The microstrip patch antenna implemented with a microstrip patch structure may be used in various frequency bands by modifying parameters such as the shape and size of the patch and various slots formed therein. Microstrip patch antennas have many of these advantages, but they have a problem of narrow bandwidth due to high Q value, and the gain is not so high.

현재 이동 통신, 위성 통신 또는 군 통신의 발전 추세는 이중 대역에서 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(microstrip stacked patch antenna)가 개선안의 하나로 활용되고 있다.Currently, the development trend of mobile communication, satellite communication or military communication is directed toward developing a terminal capable of operating in a dual band or an antenna suitable for it. Thus, in order to further improve its narrowband characteristics while retaining the various advantages of the microstrip patch antenna, a stack structured microstrip stacked patch antenna has been utilized as one of the improvements.

그러나 종래의 마이크로스트립 스택 패치 안테나는, 여전히 수직편파(V-pol)와 수평편파(H-pol)간의 분리도가 낮으며, 특히, 운용될 수 있는 고주파 대역이나 저주파 대역의 주파수 대역폭이 좁다는 문제를 가지고 있다.However, the conventional microstrip stack patch antennas still have low separation between the vertical polarization (V-pol) and the horizontal polarization (H-pol), and in particular, the frequency bandwidth of the operable high frequency band or the low frequency band is narrow. Have

한국공개특허 10-2011-0104844Korea Patent Publication 10-2011-0104844

본 발명의 기술적 과제는 안테나의 대역폭 및 방사 효율을 저해하지 않으면서도 안테나를 소형화시킬 수 있는 마이크로스트립 패치 안테나를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 이중대역 이중편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 패치 안테나를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a microstrip patch antenna capable of miniaturizing the antenna without hindering the bandwidth and the radiation efficiency of the antenna. Another object of the present invention is to provide a microstrip patch antenna capable of implementing dual band dual polarization.

본 발명의 실시 형태는 하부면에 접지가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판 상부에 위치하는 제2기판과, 상기 제2기판 상부에 위치하는 제3기판과, 상기 제1기판의 상부면에 형성되는 제1마이크로스트립 패치와, 상기 제3기판의 상부면에 형성되는 제2마이크로스트립 패치와, 상기 제2기판의 상부면에 형성되어, 제2주파수 대역의 신호를 상기 제2마이크로스트립 패치에 커플링 공급하는 급전 커플링 패치와, 상기 제1기판을 관통하여 제1주파수 대역의 신호를 상기 제1마이크로스트립 패치에 직접 공급하는 제1급전 선로와, 상기 제1기판 및 제2기판을 관통하여 상기 급전 커플링 패치에 제2주파수 대역의 신호를 공급하는 제2급전 선로를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a first substrate having a ground formed on a lower surface thereof, a second substrate positioned above the first substrate, a third substrate positioned above the second substrate, and an upper surface of the first substrate A first microstrip patch formed on the second substrate; a second microstrip patch formed on the upper surface of the third substrate; and a second microstrip patch formed on the upper surface of the second substrate. A feed coupling patch for coupling supply to the patch, a first feed line for directly supplying a signal of a first frequency band to the first microstrip patch through the first substrate, the first substrate and the second substrate And a second feed line for supplying a signal of a second frequency band to the feed coupling patch.

또한 제3기판 상부에 위치하는 제4기판과, 상기 제1마이크로스트립 패치와 대향되도록 상기 제2기판의 하부면에 형성되는 제1기생 패치와, 상기 제2마이크로스트립 패치와 대향되도록 상기 제4기판의 상부면에 형성되는 제2기생 패치를 포함한다.In addition, the fourth substrate positioned on the third substrate, the first parasitic patch formed on the lower surface of the second substrate to face the first microstrip patch, and the fourth microstrip patch to face the second microstrip patch. And a second parasitic patch formed on the upper surface of the substrate.

또한 제1마이크로스트립 패치는 제1주파수 대역의 신호를 방사하며, 상기 제2마이크로스트립 패치는 상기 제1주파수 대역보다 더 낮은 제2주파수 대역의 신호를 방사한다.In addition, the first microstrip patch emits a signal of a first frequency band, and the second microstrip patch emits a signal of a second frequency band lower than the first frequency band.

또한 급전 커플링 패치는, 제2주파수 대역의 수직편파(V-pol)를 공급받아 상기 제2마이크로스트립의 패치에 커플링하는 급전 커플링 수직편파 패치와, 제2주파수 대역의 수평편파(H-pol)를 공급받아 상기 제2마이크로스트립의 패치에 커플링하는 급전 커플링 수평편파 패치를 포함한다.The feed coupling patch may include a feed coupling vertical polarization patch supplied with a vertical polarization V-pol of a second frequency band and coupled to a patch of the second microstrip, and a horizontal polarization H of a second frequency band. -pol) a feed coupling horizontal polarization patch supplied with and coupled to the patch of the second microstrip.

본 발명의 실시 형태에 따르면 서로 다른 중심 주파수에서 이용되는 복수의 마이크로스트립 패치 안테나를 스택 구조로 형성하여 이용함으로써, 광대역 주파수 대역 특성과 높은 안테나 이득을 얻을 수 있다. 이로 인하여, 본 발명의 마이크로스트립 스택 패치 안테나는 경량, 박형이라는 본래의 장점을 보유한 채 협대역 특성의 단점을 보완할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, by forming and using a plurality of microstrip patch antennas used at different center frequencies in a stack structure, wide band frequency band characteristics and high antenna gain can be obtained. Thus, the microstrip stack patch antenna of the present invention can compensate for the shortcomings of narrowband characteristics while retaining the inherent advantages of light weight and thinness.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1대역의 마이크로스트립 패치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2대역의 마이크로스트립 패치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 급전 커플링 패치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2기생 패치의 평면도이다.
도 6은 설명의 이해를 돕기 위하여 기판들을 제외한 제1마이크로스트립 패치, 급전 커플링 패치, 제2마이크로스트립 패치만을 정렬 적층할 때의 위치 관계를 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 단일 소자로 된 마이크로스트립 스택 패치 안테나로 구현할 시에 제1주파수 대역인 X 대역의 반사 계수 및 편파 분리도를 나타내는 그래프이다.1 is a side view of a microstrip stack patch antenna capable of implementing dual band dual polarization according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a microstrip patch of a first band according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a microstrip patch of a second band according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a feed coupling patch according to an embodiment of the present invention.
5 is a plan view of a second parasitic patch according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a positional relationship when only the first microstrip patch, the power feeding coupling patch, and the second microstrip patch except for the substrates are aligned and stacked.
FIG. 7 is a graph illustrating reflection coefficients and polarization separation of the X band, which is a first frequency band, when implemented as a single element microstrip stack patch antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. Like numbers refer to like elements in the figures.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 측면도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1대역의 마이크로스트립 패치의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2대역의 마이크로스트립 패치의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 급전 커플링 패치의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2기생 패치의 평면도이다.1 is a side view of a microstrip stack patch antenna capable of implementing dual band dual polarization according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a microstrip patch of a first band according to an embodiment of the present invention, and FIG. Is a plan view of a microstrip patch of a second band according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a plan view of a feed coupling patch according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a second parasitic according to an embodiment of the present invention Top view of the patch.

마이크로스트립 패치는 4개의 기판이 차례로 적층되어 있는데, 제1,2마이크로스트립 패치가 각각 형성되는 제1기판(100) 및 제3기판(300), 제1마이크로스트립 패치의 기생 패치와 급전 커플링 패치가 형성되는 제2기판(200), 제2마이크로스트립 패치의 기생 패치가 형성되는 제4기판(400)을 포함한다. In the microstrip patch, four substrates are sequentially stacked, and parasitic patches and feeding couplings of the first substrate 100, the third substrate 300, and the first microstrip patch on which the first and second microstrip patches are formed are respectively formed. And a second substrate 200 on which a patch is formed, and a fourth substrate 400 on which a parasitic patch of the second microstrip patch is formed.

제1기판(100)은 양면기판으로서 소정의 유전율과 두께를 가지는 PCB(Printed Circuit Board) 기판이다. 예를 들어, 유전율(εr) 3.2, 두께 0.762mm로 구현되는 제품이 제1기판으로 사용될 수 있다. 제1기판(100)의 하부면에 판형태의 접지(120;GND)가 형성되어 있다. 또한 제1기판의 상부면에는 고주파 대역인 제1주파수 대역에서 방사하는 제1마이크로스트립 패치(110)가 형성되어 있다. 이하에서는 제1주파수 대역을 8GHz~12GHz 사이의 X 대역을 예로 들어 설명하겠으나, 제2마이크로스트립 패치(310)에서 방사하는 주파수 대역보다 높은 주파수 대역을 가진다면 X 대역뿐만 아니라 다른 대역도 가능하다.The first substrate 100 is a double-sided substrate and is a PCB (Printed Circuit Board) substrate having a predetermined dielectric constant and thickness. For example, a product having a dielectric constant ε r 3.2 and a thickness of 0.762 mm may be used as the first substrate. A plate-shaped ground 120 (GND) is formed on the lower surface of the first substrate 100. In addition, a first microstrip patch 110 is formed on the upper surface of the first substrate to radiate in the first frequency band, which is a high frequency band. Hereinafter, the first frequency band will be described using an X band between 8 GHz and 12 GHz as an example. However, as long as the first frequency band has a higher frequency band than the frequency band radiated by the second microstrip patch 310, other bands as well as the X band are possible.

제2기판(200)은 제1기판의 상부에 위치하는 PCB 양면 기판이다. 이때, 제2기판의 유전율(εr)은 3.2, 두께는 0.762mm로 구현될 수 있다. 제2기판(200)의 하부면에는 상기 제1마이크로스트립 패치(110)와 대향되는 위치에 동일한 크기로서 제1기생 패치(220)가 형성된다. 또한 제2기판(200)의 상부면에는 제2주파수 대역의 신호를 제2마이크로스트립 패치에 커플링 공급하는 급전 커플링 패치(210)가 형성된다.The second substrate 200 is a PCB double-sided substrate positioned on the first substrate. In this case, the dielectric constant ε r of the second substrate may be implemented as 3.2 and the thickness is 0.762 mm. The first parasitic patch 220 is formed on the lower surface of the second substrate 200 with the same size at a position opposite to the first microstrip patch 110. In addition, a feed coupling patch 210 is formed on an upper surface of the second substrate 200 to provide a second frequency band signal to the second microstrip patch.

제3기판(300)은 제2기판의 상부에 위치하는 PCB 양면 기판이다. 이때, 제3기판(300)의 유전율(εr)은 3.2, 두께는 0.762mm로 구현될 수 있다. 제3기판(300)의 상부면에는 제1마이크로스트립 패치(110)에서 방사되는 주파수 대역보다 낮은 저주파수 대역인 제2주파수 대역에서 방사하는 제2마이크로스트립 패치(310)가 형성되어 있다. 이하에서는 제2주파수 대역을 2.6GHz~3.5GHz 사이의 S 대역으로서 예로 들어 설명하겠으나, 제1마이크로스트립 패치(1110)에서 방사하는 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역을 가진다면 제2마이크로스트립 패치(310)에서 방사되는 대역은 S 대역뿐만 아니라 다른 대역도 적용 가능하다.The third substrate 300 is a PCB double-sided substrate located on the upper portion of the second substrate. In this case, the dielectric constant ε r of the third substrate 300 may be implemented as 3.2 and the thickness is 0.762 mm. A second microstrip patch 310 is formed on an upper surface of the third substrate 300 to emit in a second frequency band, which is a low frequency band lower than a frequency band radiated from the first microstrip patch 110. Hereinafter, the second frequency band will be described as an example of the S band between 2.6 GHz and 3.5 GHz. However, if the second frequency band has a lower frequency band than the frequency band radiated from the first microstrip patch 1110, the second microstrip patch 310 may be used. The band radiated from is applicable to other bands as well as the S band.

제4기판(400)은 제3기판(300)의 상부에 위치하는 PCB 양면 기판이다. 이때, 제4기판(400)의 유전율(εr)은 3.2, 두께는 0.508mm로 구현될 수 있다. 제4기판(400)의 상부면에는 상기 제2마이크로스트립 패치(310)와 대향되는 위치에 동일한 크기로서 제2기생 패치(410)가 형성된다.The fourth substrate 400 is a PCB double-sided substrate positioned on the third substrate 300. At this time, the dielectric constant (ε r ) of the fourth substrate 400 may be implemented as 3.2, the thickness is 0.508mm. The second parasitic patch 410 is formed on the upper surface of the fourth substrate 400 with the same size at a position opposite to the second microstrip patch 310.

이러한 제1기판(100), 제2기판(200), 제3기판(300) 및 제4기판(400)은 그 두께와 유전율에 따라서 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 대역폭과 안테나 이득(gain)이 조정될 수 있다. 일반적으로 제1기판, 제2기판, 제3기판 및 제4기판의 두께가 두꺼울수록 대역폭은 증가하게 된다. 그리고 유전율은 낮을수록 안테나 이득은 커진다.The first substrate 100, the second substrate 200, the third substrate 300, and the fourth substrate 400 may adjust the bandwidth and antenna gain of the microstrip stack patch antenna according to their thickness and dielectric constant. Can be. In general, the thicker the thickness of the first substrate, the second substrate, the third substrate, and the fourth substrate is, the bandwidth increases. The lower the dielectric constant, the larger the antenna gain.

또한 제2기판(200)과 제3기판(300)간의 간격(H2)은 제1기판(100)과 제2기판(200)간의 간격(H1) 보다 크게 형성한다. 제2기판(200)의 상부면에 형성된 급전 커플링 패치(210)에서 커플링된 제2대역 신호가 제3기판(300)의 상부면에 형성된 제2마이크로스트립 패치(310)에 보다 쉽게 커플링되도록 하기 위함이다. 바람직하게는, 제1기판과 제2기판간의 간격(H1)은 2.5mm, 제2기판과 제3기판간의 간격(H2)는 2mm, 제3기판과 제4기판간의 간격(H3)는 5mm로 함이 바람직하다.
In addition, the interval H2 between the second substrate 200 and the third substrate 300 is larger than the interval H1 between the first substrate 100 and the second substrate 200. The second band signal coupled from the feed coupling patch 210 formed on the upper surface of the second substrate 200 is more easily coupled to the second microstrip patch 310 formed on the upper surface of the third substrate 300. To make it ring. Preferably, the spacing H1 between the first and second substrates is 2.5 mm, the spacing H2 between the second and third substrates is 2 mm, and the spacing H3 between the third and fourth substrates is 5 mm. It is preferable to.

한편, 상기에서 설명한 바와 같이 제1기판(100) 및 제3기판(300)의 각 상부면에는 제1마이크로스트립 패치(110)와 제2마이크로스트립 패치(310)가 각각 형성되며, 제2기판(200)의 하부면에는 제1마이크로스트립 패치의 기생 패치(220)가 형성되며, 제2기판(200)의 상부면에는 급전 커플링 패치(210)가 형성되며, 제4기판(400)의 상부면에는 제2마이크로스트립 패치의 기생 패치(410)가 형성된다. 이하 각각의 패치를 설명한다.On the other hand, as described above, the first microstrip patch 110 and the second microstrip patch 310 are formed on the upper surfaces of the first substrate 100 and the third substrate 300, respectively, and the second substrate. A parasitic patch 220 of the first microstrip patch is formed on the lower surface of the 200, and a feed coupling patch 210 is formed on the upper surface of the second substrate 200, and the fourth substrate 400 of the fourth substrate 400 is formed. The parasitic patch 410 of the second microstrip patch is formed on the upper surface. Each patch is described below.

마이크로스트립 패치(110,310)는 급전 선로를 통해 신호를 공급받아서, 마이크로스트립 패치에 유도된 전류에 의해 공간으로 복사가 발생하여 안테나의 역할을 하게 된다. 마이크로스트립 패치(110,310)는 X 대역 용도의 제1마이크로스트립 패치(110)과 S 대역 용도의 제2마이크로스트립 패치(310)을 포함한다.The microstrip patches 110 and 310 are supplied with a signal through a feed line, and radiation is generated to a space by a current induced in the microstrip patch to serve as an antenna. Microstrip patches 110 and 310 include a first microstrip patch 110 for X band use and a second microstrip patch 310 for S band use.

제1마이크로스트립 패치(110)는 제1기판(100)의 상부면에 형성되는데, 8GHz~12GHz의 X 대역용으로 구현된다. 또한 도 2에 도시한 바와 같이 제1마이크로스트립 패치는 사각 마름모 형상으로 구현될 수 있다. 제1마이크로스트립 패치는 길이, 폭 등의 파라미터를 이용하여 특정 중심 주파수를 기준으로 하여 X 대역에서 동작하도록 구성된다. 제1마이크로스트립 패치(110)는 이중 급전 포트인 수평편파 제1급전선로(510) 및 수직편파 제1급전선로(520)에 의해 공급받아 이중 편파를 형성할 수 있다. 마름모의 제1꼭지점을 통해 수평편파(H-pol)가 공중으로 복사되며, 직각된 위치에 있는 제2꼭지점을 통해 수직편파(V-pol)가 공중으로 복사된다.The first microstrip patch 110 is formed on the upper surface of the first substrate 100 and is implemented for the X band of 8 GHz to 12 GHz. In addition, as shown in FIG. 2, the first microstrip patch may be implemented in a square rhombus shape. The first microstrip patch is configured to operate in the X band based on a specific center frequency using parameters such as length and width. The first microstrip patch 110 may be supplied by the horizontally polarized first feed line 510 and the vertically polarized first feed line 520 which are dual feed ports to form a double polarized wave. The horizontal polarization (H-pol) is radiated into the air through the first vertex of the rhombus, and the vertical polarization (V-pol) is radiated into the air through the second vertex at an orthogonal position.

제2마이크로스트립 패치(310)는 제3기판(300)의 상부면에 형성되는데, 2.6GHz~3.5GHz의 S 대역용으로 구현된다. 제2마이크로스트립 패치(310)는 이중 급전 포트인 수평편파 제2급전선로(610) 및 수직편파 제2급전선로(620)에 의한 급전에 의해 이중 편파를 형성할 수 있다. 또한 제2마이크로스트립 패치(310)는 제1마이크로스트립 패치보다 크게 형성되며, 사각형과 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다.The second microstrip patch 310 is formed on the upper surface of the third substrate 300, and is implemented for the S band of 2.6 GHz to 3.5 GHz. The second microstrip patch 310 may form a double polarization by feeding by the horizontally polarized second feed line 610 and the vertically polarized second feed line 620 which are dual feed ports. In addition, the second microstrip patch 310 may be formed larger than the first microstrip patch, and may be implemented in various shapes such as a quadrangle.

제2마이크로스트립 패치(310)는 형상, 길이, 폭 등의 파라미터를 이용하여 특정 중심 주파수를 기준으로 하여 S 대역에서 동작하도록 구성된다. 상기와 같이 제2마이크로스트립 패치(310)를 제3기판의 상부면에 형성하고, 제1마이크로스트립 패치(110)를 제1기판의 상부면에 형성함으로써, 즉, 서로 다른 주파수 대역용으로 사용되는 제1마이크로스트립 패치(110)와 제2마이크로스트립 패치(310)를 적층된 서로 다른 기판에 위치시키는 스택 구조를 가지게 함으로써, 상호간에 간섭을 줄일 수 있다.The second microstrip patch 310 is configured to operate in the S band based on a specific center frequency using parameters such as shape, length, and width. As described above, the second microstrip patch 310 is formed on the upper surface of the third substrate, and the first microstrip patch 110 is formed on the upper surface of the first substrate, that is, used for different frequency bands. By having a stack structure in which the first microstrip patch 110 and the second microstrip patch 310 are positioned on different stacked substrates, interference can be reduced.

또한 제2마이크로스트립 패치(310)는 제1마이크로스트립 패치보다 크게 형성하여, 제2마이크로스트립 패치는 도 3에 도시한 바와 같이 제1마이크로스트립 패치가 대향하는 각각의 위치에 개구부(311)가 형성되도록 한다. 이러한 개구부를 둠으로써 제1마이크로스트립 패치와의 간섭을 최소로 한다. 개구부는 제1마이크로스트립 패치(110)보다 크게 형성된다.In addition, the second microstrip patch 310 is formed larger than the first microstrip patch, so that the second microstrip patch has an opening 311 at each position facing the first microstrip patch as shown in FIG. 3. To form. By providing such openings, interference with the first microstrip patch is minimized. The opening is formed larger than the first microstrip patch 110.

제1기생 패치(220)는, 제1마이크로스트립 패치(110)와 대향되도록 제2기판(200)의 하부면에 형성되며, 제1마이크로스트립 패치와의 커플링에 의해 복사되는 X 대역의 대역폭을 넓어지게 한다. 상기 제1기생 패치(220)는 제1마이크로스트립 패치(110)와 같거나 큰 크기로 형성되며 사각 마름모 형상과 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다.The first parasitic patch 220 is formed on the lower surface of the second substrate 200 so as to face the first microstrip patch 110, and has a bandwidth of X band that is radiated by coupling with the first microstrip patch. Make it wider. The first parasitic patch 220 is formed in the same or larger size than the first microstrip patch 110 and may be implemented in various shapes such as a square rhombus shape.

제2기생 패치(410)는, 제2마이크로스트립 패치(310)와 대향되도록 제4기판(400)의 상부면에 형성되며, 제2마이크로스트립 패치(310)와의 커플링에 의해 복사되는 S 대역의 대역폭을 넓어지게 한다. 제2기생 패치(410)는, 도 5에 도시한 바와 같이 제1마이크로스트립 패치가 대향하는 각각의 위치에 개구부를 형성하는 것 이외에 개구부 사이의 중심부를 관통시킨 제2의 개구부 구조를 가진다. 이러한 제2의 개구부를 통해 제2마이크로스트립 패치의 전파가 방사된다.The second parasitic patch 410 is formed on the upper surface of the fourth substrate 400 to face the second microstrip patch 310, the S band is radiated by the coupling with the second microstrip patch 310. Widen the bandwidth of As illustrated in FIG. 5, the second parasitic patch 410 has a second opening structure that penetrates the center portion between the openings in addition to forming openings at respective positions facing the first microstrip patches. Propagation of the second microstrip patch is emitted through this second opening.

참고로, 상기 제1기생 패치와 제2기생 패치는 복사되는 X 대역 및 S 대역의 대역폭을 각각 넓혀주는 역할을 하므로, 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 구현 시에 좁은 대역만을 사용하고자 하는 경우에는 필요하지 않을 수 있다.
For reference, the first parasitic patch and the second parasitic patch play a role of widening the bandwidths of the X band and the S band to be copied, respectively, and thus are not necessary when only a narrow band is used to implement the microstrip stack patch antenna. You may not.

한편, 제1마이크로스트립 패치(110)는 8GHz~12GHz라는 X 대역의 신호를 방사하는 안테나로 구동하는데, 이를 위하여 상기 제1기판을 관통하여 제1주파수 대역의 신호를 상기 제1마이크로스트립 패치에 직접 공급하는 제1급전 선로(500)를 구비한다. 상기 제1급전 선로(500)가 이중 편파의 급전 선로로 구현될 경우, 제1주파수 대역의 수평편파(H-pol) 신호를 제1마이크로스트립 패치의 마름모의 4개의 꼭지점 중에서 제1꼭지점에 공급하는 수평편파 제1급전선로(510), 제1꼭지점에 인접한 제2꼭지점에 수직편파(V-pol)를 공급하는 수직편파 제2급전선로(520)을 포함한다.On the other hand, the first microstrip patch 110 is driven by an antenna that emits a signal of the X band of 8GHz ~ 12GHz, for this purpose, the signal of the first frequency band through the first substrate to the first microstrip patch A first feed line 500 is provided directly. When the first feed line 500 is implemented as a double polarized feed line, a horizontal polarized wave (H-pol) signal of a first frequency band is supplied to a first vertex among four vertices of a rhombus of the first microstrip patch. The horizontally polarized first feed line 510, and the vertically polarized second feed line 520 for supplying a vertical polarization (V-pol) to the second vertex adjacent to the first vertex.

반면에, 제2마이크로스트립 패치(310)는 제2주파수 대역의 신호를 제2급전 선로(600)로부터 직접 인가받지 않고 별도의 급전 커플링 패치(210)를 통해 커플링된 신호를 인가받는다. 제2급전 선로(600)로부터 직접 인가받지 않고 별도의 급전 커플링 패치(210)를 통해 커플링된 신호를 인가받는 이유는, 제2마이크로스트립 패치(310)가 S 대역 중에서 2.6GHz~3.5GHz의 비교적 넓은 범위의 대역폭을 가지는 안테나로 구동시키기 위함이다. 또한 이러한 급전 커플링 패치를 이용한 간접 급전 방식을 통함으로써 수직편파와 수평편파의 편파 분리도를 향상시킬 수 있다.On the other hand, the second microstrip patch 310 receives the signal coupled through the separate feed coupling patch 210 without directly applying the signal of the second frequency band from the second feed line 600. The reason why the signal coupled through the separate feed coupling patch 210 is not applied directly from the second feed line 600 is because the second microstrip patch 310 is 2.6 GHz to 3.5 GHz in the S band. This is for driving with an antenna having a relatively wide bandwidth of. In addition, it is possible to improve the polarization separation between the vertical polarization and the horizontal polarization by indirect power supply using the feed coupling patch.

따라서 본 발명의 실시예는 제2급전 선로(600)가 제2마이크로스트립 패치(310)에 직접 S 대역 신호를 인가하지 않고 별도의 급전 커플링 패치(210)에 제2대역의 이중 편파 신호를 인가하고, 급전 커플링 패치를 통해 커플링된 S 대역의 이중 편파 신호가 제2마이크로스트립 패치(310)에 인가된다.Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, the second feed line 600 does not directly apply the S band signal to the second microstrip patch 310, but instead applies the dual polarized wave signal of the second band to the separate feed coupling patch 210. And a dual polarized signal of the S band coupled through the feed coupling patch is applied to the second microstrip patch 310.

급전 커플링 패치(210)는, 제2기판(200)의 상부면에 형성되어 제2주파수 대역의 신호를 상기 제2마이크로스트립 패치(310)에 커플링하여 인가한다. 급전 커플링 패치는 개구부가 형성되지 않은 제1마이크로스트립 패치의 영역과 대향되는 위치에 적어도 하나 이상 형성된다. 급전 커플링 패치(210)는 제2마이크로스트립 패치(310)와 대향되도록 위치하는데, 제2마이크로스트립 패치(310)보다 작은 크기로 형성되어 제2마이크로 패치의 중심에 있는 마름모의 꼭지점에 커플링 신호가 인가되는 위치에 형성된다. 급전 커플링 패치(210)는, 이중 편파를 복사하기 위해서 도 4에 도시한 바와 같이 제2마이크로스트립 패치보다 작은 반 마름모 형태의 두 개의 급전 커플링 패치(210a,210b)로 구현한다. 즉, 2주파수 대역의 수평편파(H-pol)를 공급받아 상기 제2마이크로스트립의 패치에 커플링하는 급전 커플링 수평편파 패치(210a)와, 제2주파수 대역의 수직편파(V-pol)를 공급받아 상기 제2마이크로스트립의 패치에 커플링하는 급전 커플링 수직편파 패치(210b)를 포함한다. 참고로, 제2급전 선로는 급전 커플링 수평편파 패치(210a)에 S 대역의 수평편파(H-pol)를 공급하는 수평편파 제2급전선로(610)와 수직편파(V-pol)를 공급하는 수직편파 제2급전선로(620)을 구비하여, 각각의 급전선로가 제1기판(100) 및 제2기판(200)을 관통하여 제2기판의 상부면에 위치하는 급전 커플링 패치(210)에 이중편파 신호를 공급한다.The power supply coupling patch 210 is formed on an upper surface of the second substrate 200 to couple and apply a signal of a second frequency band to the second microstrip patch 310. At least one feed coupling patch is formed at a position opposite to an area of the first microstrip patch where no opening is formed. The feeding coupling patch 210 is positioned to face the second microstrip patch 310, and is formed to have a smaller size than the second microstrip patch 310 to couple to a vertex of a rhombus at the center of the second microstrip patch 310. It is formed at the position where the signal is applied. The feed coupling patch 210 is implemented with two feed coupling patches 210a and 210b having a half rhombus shape smaller than the second microstrip patch, as shown in FIG. That is, a feeding coupling horizontal polarization patch 210a for receiving a horizontal polarization H-pol of two frequency bands and coupling the patch to the patch of the second microstrip, and a vertical polarization V-pol of a second frequency band. It includes a feed coupling vertically polarized patch 210b for receiving a coupling to the patch of the second microstrip. For reference, the second feed line supplies the horizontally polarized second feed line 610 and the vertical polarized wave (V-pol) to supply the horizontally polarized wave (H-pol) of the S band to the feed coupling horizontally polarized patch (210a). A vertically polarized second feed line 620, each feed line passing through the first substrate 100 and the second substrate 200, and the feed coupling patch 210 positioned on the upper surface of the second substrate. ) Supplies a bipolar signal.

참고로, 도 6은 설명의 이해를 돕기 위하여 기판들을 제외한 제1마이크로스트립 패치, 급전 커플링 패치, 제2마이크로스트립 패치만을 정렬 적층할 때의 위치 관계를 도시한 그림이다.
For reference, FIG. 6 is a diagram illustrating a positional relationship when only the first microstrip patch, the power feeding coupling patch, and the second microstrip patch except for the substrates are aligned and stacked.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 단일 소자로 된 마이크로스트립 스택 패치 안테나로 구현할 시에 제1주파수 대역인 X 대역의 반사 계수 및 편파 분리도를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph illustrating reflection coefficients and polarization separation of the X band, which is a first frequency band, when implemented as a single element microstrip stack patch antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 제1마이크로스트립 패치의 X 대역의 반사 계수인 수평편파(H-pol)의 반사계수(S11), 수직편파(V-pol)의 반사계수(S22), 편파 분리도(S21)의 특성이 나타나 있다. 세로축 S-parameter[dB]는 주파수 별로 적용되는 임피던스를 나타내는 것으로서 S-parameter가 작다면 복사되는 전파의 손실이 적음을 의미한다. 일반적으로 -10dB 이하의 특성을 가지는 주파수 범위 내에서 안테나로 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다. 특히, 자주 사용되는 대역인 8.8GHz에서 10.7GHz간에 15dB 이상의 큰 편파 분리도를 가짐을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, the reflection coefficient S11 of the horizontal polarization H-pol which is the reflection coefficient of the X band of the first microstrip patch, the reflection coefficient S22 of the vertical polarization V-pol, and the polarization separation degree ( The characteristic of S21) is shown. The vertical axis S-parameter [dB] represents the impedance applied for each frequency. If the S-parameter is small, the loss of radiated radio waves is small. In general, it can be seen that it can be usefully used as an antenna within the frequency range having a characteristic of -10dB or less. In particular, it can be seen that there is a large polarization separation of more than 15dB between 8.8GHz to 10.7GHz, which is a frequently used band.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.Although the invention has been described with reference to the accompanying drawings and the preferred embodiments described above, the invention is not limited thereto, but is defined by the claims that follow. Accordingly, those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit of the following claims.

100:제1기판 110:제1마이크로스트립 패치
120:접지 200:제2기판
210:급전 커플링 패치 220:제1기생 패치
300:제3기판 310:제2마이크로스트립 패치
400:제4기판 410:제2기생패치
500:제1급전선로 600:제2급전선로100: first substrate 110: first microstrip patch
120: ground 200: second substrate
210: feeding coupling patch 220: first parasitic patch
300: third substrate 310: second microstrip patch
400: fourth substrate 410: second parasitic patch
500: first feeder line 600: second feeder line

Claims (8)

하부면에 접지가 형성된 제1기판;
상기 제1기판 상부에 위치하는 제2기판;
상기 제2기판 상부에 위치하는 제3기판;
상기 제1기판의 상부면에 형성되는 제1마이크로스트립 패치;
상기 제3기판의 상부면에 형성되는 제2마이크로스트립 패치;
상기 제2기판의 상부면에 형성되어, 제2주파수 대역의 신호를 상기 제2마이크로스트립 패치에 커플링 공급하는 급전 커플링 패치;
상기 제1기판을 관통하여 제1주파수 대역의 신호를 상기 제1마이크로스트립 패치에 직접 공급하는 제1급전 선로;
상기 제1기판 및 제2기판을 관통하여 상기 급전 커플링 패치에 제2주파수 대역의 신호를 공급하는 제2급전 선로;
를 포함하는 마이크로스트립 스택 패치 안테나.A first substrate having a ground formed on its bottom surface;
A second substrate positioned on the first substrate;
A third substrate positioned on the second substrate;
A first microstrip patch formed on an upper surface of the first substrate;
A second microstrip patch formed on an upper surface of the third substrate;
A power supply coupling patch formed on an upper surface of the second substrate and coupling and supplying a signal of a second frequency band to the second microstrip patch;
A first feed line passing through the first substrate and directly supplying a signal of a first frequency band to the first microstrip patch;
A second feed line passing through the first and second substrates and supplying a signal of a second frequency band to the feed coupling patch;
Microstrip stack patch antenna comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 제3기판 상부에 위치하는 제4기판;
상기 제1마이크로스트립 패치와 대향되도록 상기 제2기판의 하부면에 형성되는 제1기생 패치;
상기 제2마이크로스트립 패치와 대향되도록 상기 제4기판의 상부면에 형성되는 제2기생 패치;
를 포함하는 마이크로스트립 스택 패치 안테나.The method according to claim 1,
A fourth substrate positioned on the third substrate;
A first parasitic patch formed on a lower surface of the second substrate to face the first microstrip patch;
A second parasitic patch formed on an upper surface of the fourth substrate to face the second microstrip patch;
Microstrip stack patch antenna comprising a. 청구항 1에 있어서, 상기 제1마이크로스트립 패치는 제1주파수 대역의 신호를 방사하며, 상기 제2마이크로스트립 패치는 상기 제1주파수 대역보다 더 낮은 제2주파수 대역의 신호를 방사하는 마이크로스트립 스택 패치 안테나.The microstrip stack patch of claim 1, wherein the first microstrip patch emits a signal of a first frequency band, and the second microstrip patch emits a signal of a second frequency band lower than the first frequency band. antenna. 청구항 1에 있어서, 상기 제1주파수 대역의 신호는 X 대역의 신호이고, 상기 제2주파수 대역의 신호는 S 대역의 신호인 마이크로스트립 스택 패치 안테나.The microstrip stack patch antenna of claim 1, wherein the signal of the first frequency band is a signal of the X band, and the signal of the second frequency band is a signal of the S band. 청구항 1에 있어서, 상기 제2마이크로스트립 패치는, 상기 제1마이크로스트립 패치보다 크게 형성되며, 상기 제1마이크로스트립 패치와 대향되는 위치마다 상기 제1마이크로스트립 패치와 동일한 크기의 다수의 개구부를 형성하는 마이크로스트립 스택 패치 안테나.The method of claim 1, wherein the second microstrip patch is larger than the first microstrip patch, and the plurality of openings having the same size as that of the first microstrip patch are formed at positions facing the first microstrip patch. Microstrip stack patch antenna. 청구항 5에 있어서, 상기 급전 커플링 패치는 상기 개구부가 형성되지 않은 제1마이크로스트립 패치의 영역과 대향되는 위치에 적어도 하나 이상 형성되는 마이크로스트립 스택 패치 안테나.The microstrip stack patch antenna of claim 5, wherein at least one feed coupling patch is formed at a position opposite to an area of the first microstrip patch in which the opening is not formed. 청구항 1에 있어서,
청구항 1에 있어서, 상기 급전 커플링 패치는,
제2주파수 대역의 수직편파(V-pol)를 공급받아 상기 제2마이크로스트립의 패치에 커플링하는 급전 커플링 수직편파 패치;
제2주파수 대역의 수평편파(H-pol)를 공급받아 상기 제2마이크로스트립의 패치에 커플링하는 급전 커플링 수평편파 패치;
를 포함하는 마이크로스트립 스택 패치 안테나.The method according to claim 1,
The method of claim 1, wherein the feed coupling patch,
A feed coupling vertical polarization patch supplied with a vertical polarization (V-pol) of a second frequency band and coupled to the patch of the second microstrip;
A feeding coupling horizontal polarization patch supplied with a horizontal polarization wave (H-pol) of a second frequency band and coupling to a patch of the second microstrip;
Microstrip stack patch antenna comprising a. 청구항 1에 있어서, 상기 제2기판과 제3기판간의 간격은 제1기판과 제2기판간의 간격(H1) 보다 크게 형성하는 마이크로스트립 스택 패치 안테나.The microstrip stack patch antenna of claim 1, wherein a distance between the second substrate and the third substrate is greater than a distance H1 between the first substrate and the second substrate.
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