KR101174825B1 - Planar antenna - Google Patents

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KR101174825B1
KR101174825B1 KR1020110100329A KR20110100329A KR101174825B1 KR 101174825 B1 KR101174825 B1 KR 101174825B1 KR 1020110100329 A KR1020110100329 A KR 1020110100329A KR 20110100329 A KR20110100329 A KR 20110100329A KR 101174825 B1 KR101174825 B1 KR 101174825B1
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antenna
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홍익표
이인곤
신관우
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지앤씨테크(주)
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Abstract

PURPOSE: A planar antenna is provided to reduce size by locating an earth plate on a same plane with a signal plate and to produce broadband characteristics of band width by adjusting the length of a slot. CONSTITUTION: An antenna element unit(120) is located on a dielectric substrate(100). The antenna element unit is comprised of a signal unit and an earth plate(124). The signal plate and the earth plate are located on the same plane. A feeding unit(140) is located on the dielectric substrate. The feeding unit comprises a transmission line existing in the same plane as the antenna element unit. One end of the feeding unit is connected to the signal plate and the other end of the feeding unit is connected with a cable transmitting electromagnetic waves.

Description

평면 안테나{Planar Antenna}Planar Antenna

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 특히 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기에 적용하는데 적당한 광대역의 주파수 특성과 고이득 특성을 갖는 평면 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to antennas, and more particularly, to a planar antenna having a wide frequency characteristic and a high gain characteristic suitable for application in wireless home networks and digital home appliances.

무선 랜(LAN)은 현재 널리 구축되어 있는 일반 유선 LAN 망을 무선 망으로 대체한 것으로 무선 LAN 통신신호가 도달 가능한 일정 제한영역 내에서는 컴퓨터 등 단말의 위치를 자유롭게 변경해도 통신이 가능하다. 이러한 무선 LAN 통신에서 사용되는 주파수 대역은 크게 2.48 GHz 대역이 사용되는데 이러한 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위해서는 해당 대역에 대응되는 안테나가 요구된다. Wireless LANs (LANs) replace the general wired LAN networks that are currently widely deployed with wireless networks, and communication is possible even if the location of terminals such as computers is freely changed within a limited area where wireless LAN communication signals can be reached. 2.48 GHz band is largely used as the frequency band used in the wireless LAN communication, and an antenna corresponding to the corresponding band is required to transmit and receive signals in the frequency band.

일반적으로 무선 통신에 사용되는 안테나는 협대역 안테나로서 중심 주파수의 약 10%를 가능 대역폭으로 한다. 2.48 GHz 대역의 경우, 사용되는 주파수 대역 폭은 80 MHz이므로 가능 대역폭인 240 MHz 에 속하고 있다. 그러나 상기 가능 대역폭에 속하지 않는 대역의 무선 신호는 수신하지 못하게 된다. 따라서 광대역의 주파수 특성과 고이득 특성을 갖는 안테나가 필요하다.In general, an antenna used for wireless communication is a narrowband antenna having about 10% of the center frequency as a possible bandwidth. In the case of the 2.48 GHz band, the frequency band width used is 80 MHz and thus belongs to the possible bandwidth of 240 MHz. However, wireless signals in bands that do not belong to the available bandwidth will not be received. Therefore, an antenna having a wide frequency characteristic and a high gain characteristic is needed.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기에 적용하는데 적당한 광대역의 주파수 특성과 고이득 특성을 갖는 평면 안테나를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a flat antenna having a wide frequency characteristics and high gain characteristics suitable for applying to wireless home networks and digital home appliances.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 평면 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 위치하며, 각각 패치로 이루어지고 슬롯에 의해 구분되는 신호판과 접지판으로 구성되고, 상기 신호판과 접지판이 동일한 평면에 위치하는 안테나 소자부; 및 상기 유전체 기판 상에 위치하며, 상기 안테나 소자부와 연결되어 무선신호가 상기 안테나 소자부를 통해 송수신되게 하며 상기 안테나 소자부와 동일한 평면에 존재하는 전송선로를 구비하는 급전부를 포함한다. A planar antenna according to the present invention for achieving the technical problem is a dielectric substrate; An antenna element disposed on the dielectric substrate, each of which comprises a signal plate and a ground plate, each of which consists of a patch and is divided by a slot, wherein the signal plate and the ground plate are located on the same plane; And a feeder disposed on the dielectric substrate, the feeder being connected to the antenna element part to transmit / receive a radio signal through the antenna element part and having a transmission line in the same plane as the antenna element part.

상기 슬롯은 상기 안테나 소자부의 신호판과 접지판이 대칭구조를 갖도록 하는 십자 형태 또는 상기 십자 형태의 상하 끝부분에서 시작하여 좌우로 더 형성될 수 있다. 본 발명에 의한 안테나 주파수 대역 특성은 상기 슬롯 길이의 조정에 의해 이루어질 수 있다. The slot may be further formed left or right starting from a cross shape or the top and bottom ends of the cross shape such that the signal plate and the ground plate of the antenna element have a symmetrical structure. Antenna frequency band characteristics according to the present invention can be made by adjusting the slot length.

상기 급전부는 일단은 상기 신호판과 연결되며, 타단은 신호가 실린 전자파를 전송하는 케이블과 연결되는 제1평행판 전송선로; 및 상기 제1평행판 전송선로와 상기 안테나 소자부 간의 임피던스 정합을 담당하고 상기 접지판과 연결되는 제2평행판 전송선로를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 제2평행판 전송선로는 상기 제1평행판 전송선로의 폭과 다른 폭을 가지는 것이 바람직하다. A first parallel plate transmission line, one end of which is connected to the signal plate and the other end of which is connected to a cable for transmitting an electromagnetic wave carrying a signal; And a second parallel plate transmission line in charge of impedance matching between the first parallel plate transmission line and the antenna element and connected to the ground plate. Preferably, the second parallel plate transmission line has a width different from that of the first parallel plate transmission line.

그리고 본 발명에 의한 평면 안테나는 상기 급전부의 일단과 연결된 커넥터를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the planar antenna according to the present invention preferably further includes a connector connected to one end of the feeding part.

본 발명에 따른 평면 안테나에 의하면, 접지판을 신호판과 동일평면에 위치시켜 안테나의 설치가 용이하고 크기를 줄일 수 있다. According to the planar antenna according to the present invention, the ground plate is placed on the same plane as the signal plate to facilitate the installation of the antenna and reduce its size.

그리고 안테나의 신호판과 접지판이 대칭을 이루게 되어 안테나에서 발생하는 빔 패턴의 좌우대칭성이 유지되면서 고이득 특성을 구현할 수 있다. In addition, since the signal plate and the ground plate of the antenna are symmetrical, high gain characteristics can be realized while maintaining the left and right symmetry of the beam pattern generated from the antenna.

또한 안테나를 구성하는 슬롯 길이를 조정함으로써 주파수 대역의 광대역 특성을 구현할 수 있다.In addition, by adjusting the slot length constituting the antenna it is possible to implement the broadband characteristics of the frequency band.

도 1은 본 발명에 따른 평면 안테나의 일실시예에 대한 구성을 도시한 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 평면 안테나에서 다양한 슬롯의 형태를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 평면 안테나의 일실시예에 따른 평면 안테나의 이득특성을 나타내는 방사패턴을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 평면 안테나의 반사손실을 나타낸 것이다.1 shows a configuration of an embodiment of a planar antenna according to the present invention.
2A to 2C illustrate various slot shapes in the planar antenna according to the present invention.
Figure 3 shows a radiation pattern showing the gain characteristics of the planar antenna according to an embodiment of the planar antenna according to the present invention.
4 shows the return loss of the planar antenna according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Configurations shown in the embodiments and drawings described herein are only one preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and examples.

도 1은 본 발명에 따른 평면 안테나의 일실시예에 대한 구성을 도시한 것이다. 상기 평면안테나는 유전체기판(100), 안테나 소자부(120) 및 급전부(140)을 포함하여 이루어지고, 커넥터(160)를 더 구비함이 바람직하다.1 shows a configuration of an embodiment of a planar antenna according to the present invention. The planar antenna may include a dielectric substrate 100, an antenna element unit 120, and a power feeding unit 140, and further include a connector 160.

유전체 기판(100)는 에폭시 등의 유전체를 재질로 하는 평면 판의 형태를 가진다.The dielectric substrate 100 has the form of a flat plate made of a dielectric such as epoxy.

안테나 소자부(120)는 상기 유전체 기판(100) 상에 위치하며, 신호판(122)과 접지판(124)로 이루어진다. 신호판(122)과 접지판(124)는 도체인 패치로 된 이루어지고 동일한 평면에 위치하며 슬롯(126)에 의해 서로 구분된다. 이렇게 동일한 평면에 신호판(122)과 접지판(124)가 위치함으로써 안테나의 설치가 용이하고 크기를 줄일 수 있다. The antenna element 120 is positioned on the dielectric substrate 100 and includes a signal plate 122 and a ground plate 124. The signal plate 122 and the ground plate 124 are made of conductor patches and are located in the same plane and are separated from each other by the slot 126. As such, the signal plate 122 and the ground plate 124 are located on the same plane, so that the antenna can be easily installed and the size can be reduced.

슬롯(126)은 소정의 폭을 가진 길다란 형태로서, 다양한 변형이 가능하다. 본 실시예에서는 도 2a에 도시된 바와 같이 신호판(122)과 접지판(124)이 대칭구조를 갖도록 하는 십자 형태를 가지는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 십자 형태의 상하 끝부분에서 각각 시작하여 좌우로 더 형성될 수도 있고, 여기에 다시 도 2c에 나타난 바와 같은 형태를 가질 수도 있다. 상기 슬롯에 대한 좌우대칭 또는 상하 대칭을 이루는 다양한 변형은 본 발명에 포함된다. 도 1에 도시된 바와 같이 상기 슬롯(126)을 이용하여 신호판(122)과 접지판(124)이 대칭구조를 가지게 함으로써 안테나에서 발생하는 빔 패턴의 좌우대칭성이 유지되면서 고이득 특성을 구현할 수 있다. Slot 126 is a long shape having a predetermined width, various modifications are possible. In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, it is preferable that the signal plate 122 and the ground plate 124 have a cross shape to have a symmetrical structure. In addition, starting from the upper and lower ends of the cross-shaped as shown in Figure 2b may be further formed to the left and right, may also have a shape as shown in Figure 2c again. Various modifications, including symmetry or symmetry of the slot, are included in the present invention. As shown in FIG. 1, the signal plate 122 and the ground plate 124 have a symmetrical structure using the slot 126 to maintain high gain characteristics while maintaining left and right symmetry of the beam pattern generated from the antenna. have.

그리고 슬롯(126)의 길이를 조정함으로써 안테나 주파수 대역 특성을 광대역 특성으로 구현할 수 있다. 즉 중심주파수의 10% 가 넘는 광대역에서 무선 랜(LAN)통신이 가능하다.And, by adjusting the length of the slot 126, it is possible to implement the antenna frequency band characteristics as a broadband characteristic. That is, wireless LAN (LAN) communication is possible in broadband over 10% of the center frequency.

급전부(140)는 유전체기판(100) 상에 위치하며, 안테나 소자부(120)와 연결되어 무선신호가 안테나 소자부(120)를 통해 송수신되게 하며 안테나 소자부(120)와 동일한 평면에 존재하는 전송선로를 구비한다. The power feeding unit 140 is positioned on the dielectric substrate 100 and connected to the antenna element unit 120 to transmit and receive a radio signal through the antenna element unit 120 and is present on the same plane as the antenna element unit 120. A transmission line is provided.

상기 전송선로는 제1평행판 전송선로(142) 및 제2평행판 전송선로(144)를 구비한다. 제 1평행판 전송선로(142)는 급전선로로서, 일단은 상기 신호판(122)과 연결되며, 타단은 신호가 실린 전자파를 전송하는 케이블(미도시)과 연결된다. 제2평행판 전송선로(144)는 제1평행판 전송선로(142)와 상기 안테나 소자부(120) 간의 임피던스 정합을 담당하고 상기 접지판(124)와 연결된다. 제2평행판 전송선로(144)는 상기 임피던스 정합을 위해 제1평행판 전송선로(142)의 폭과 다른 폭을 가질 수 있다. The transmission line includes a first parallel plate transmission line 142 and a second parallel plate transmission line 144. The first parallel plate transmission line 142 is a feeder line, one end of which is connected to the signal plate 122, and the other end of which is connected to a cable (not shown) for transmitting an electromagnetic wave carrying a signal. The second parallel plate transmission line 144 is responsible for impedance matching between the first parallel plate transmission line 142 and the antenna element 120 and is connected to the ground plate 124. The second parallel plate transmission line 144 may have a width different from that of the first parallel plate transmission line 142 for the impedance matching.

커넥터(160)는 급전부(140)의 일단 즉, 제1평행판 전송선로(142) 및 제2평행판 전송선로(144)와 연결되고, 타단은 송수신기로 신호를 전달하는 케이블(미도시)와 연결된다. 상기 커넥터(160)는 RF(Radio Frequency) 커넥터인 것이 바람직하다.The connector 160 is connected to one end of the power feeding unit 140, that is, the first parallel plate transmission line 142 and the second parallel plate transmission line 144, and the other end of the cable (not shown) for transmitting a signal to the transceiver. Connected with The connector 160 is preferably a RF (Radio Frequency) connector.

본 발명의 일실시예에 의한 평면 안테나의 동작을 설명하기로 한다. 우선, 상기 커넥터(160)는 신호가 실린 전자파를 무선 통신장치의 송수신부(미도시)와 연결되어 전자파를 송수신한다. 상기 커넥터(160)가 무선 통신장치의 송신부를 통해 전자파를 수신하면 이는 제1평행판 전송선로(142)에 전달되고 상기 제1평행판 전송선로는 안테나 소자부(120)의 신호판(122)를 통해 외부로 전자파가 방사된다. 외부로부터 전자파를 수신할 때에는 신호판(122)이 전자파를 받아들여 이를 제1평행판 전송전로(142)에 전달하고, 제1평행판 전송선로(142)는 케이블(160)를 통해 수신된 전자파를 무선 통신장치의 수신부(미도시)에 전달하게 된다. An operation of the planar antenna according to an embodiment of the present invention will be described. First, the connector 160 is connected to the transmission and reception unit (not shown) of the wireless communication device, the electromagnetic wave carrying a signal to transmit and receive electromagnetic waves. When the connector 160 receives the electromagnetic wave through the transmitter of the wireless communication device, it is transmitted to the first parallel plate transmission line 142, and the first parallel plate transmission line is the signal plate 122 of the antenna element unit 120. Electromagnetic radiation is emitted through the outside. When receiving the electromagnetic wave from the outside, the signal plate 122 receives the electromagnetic wave and transmits it to the first parallel plate transmission path 142, and the first parallel plate transmission line 142 is received through the cable 160. Electromagnetic waves are transmitted to a receiver (not shown) of the wireless communication device.

상기 제1평행판 전송선로(142)와 제2평행판 전송선로(144)는 임피던스 정합을 위해 서로 다른 폭을 가지는 것이 바람직하며, 제2평행판 전송선로(144)의 폭으로 임피던스를 조절할 수 있다. 그리고 외부 시스템 임피던스인 50 ? 으로 설계되어 손실을 최소화할 수 있다. The first parallel plate transmission line 142 and the second parallel plate transmission line 144 may have different widths for impedance matching, and the impedance may be adjusted by the width of the second parallel plate transmission line 144. have. And the external system impedance of 50? It can be designed to minimize losses.

상술한 본 발명의 일실시예에 의한 평면 안테나는 무선 홈 네트워크 및 디지털 가전기기에 적용하는데 적당하며 특히 무선 홈 네트워크, 무선 인터넷 냉장고, 무선 PDA 및 스마트 기기 등에 적용하기 용이하도록 소형화 고성능화 저가화를 구현할 수 있다. 그리고 내장형 또는 외장형 무선 안테나로 사용될 수 있다. The planar antenna according to the embodiment of the present invention described above is suitable for applying to a wireless home network and a digital home appliance, and in particular, a small size, high performance, and low cost can be implemented to be easily applied to a wireless home network, a wireless Internet refrigerator, a wireless PDA, and a smart device. have. And it can be used as an internal or external wireless antenna.

도 3은 본 발명에 의한 평면 안테나의 일실시예에 따른 평면 안테나의 이득특성을 나타내는 방사패턴을 도시한 것으로서, 세로축은 전력의 상대적 크기를 나타내고, 원은 주파수에 대한 방향을 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 점선은 시뮬레이션(simulation)에 의한 이득 방사패턴을 나타내고, 실선은 방사패턴의 실제 측정치를 나타낸 것으로 안테나의 전력세기를 나타내는 빔패턴이 전 방향에 대해 고르게 분포하고 이득특성이 우수한 것을 볼 수 있다. Figure 3 shows a radiation pattern showing the gain characteristics of the planar antenna according to an embodiment of the planar antenna according to the present invention, the vertical axis represents the relative magnitude of the power, the circle represents the direction with respect to the frequency. Referring to FIG. 3, the dotted line represents the gain radiation pattern by simulation, and the solid line represents the actual measurement of the radiation pattern. The beam pattern representing the power intensity of the antenna is uniformly distributed in all directions and has excellent gain characteristics. You can see that.

도 4는 본 발명에 의한 평면 안테나의 반사손실을 나타낸 것으로서, 세로축은 반사손실을 나타내고 가로축은 주파수를 나타낸 것이다. 그리고 도 4에서 실선은 본 발명의 일실시에에 의한 평면안테나의 반사손실을 나타내고, 점선은 시뮬레이션 값이고 옅은 실선은 종래의 마이크로 스트립 패치 안테나의 반사손실을 낱내고 있다. 도 3을 참조하면, 안테나의 중심 주파수는 2.45 GHz로서, 중심주파수를 기준으로 대역폭이 본 발명에 의한 평면안테나의 대역폭이 기존의 마이크로 스트립 패치 안테나 보다 광대역임을 볼 수 있다. Figure 4 shows the return loss of the planar antenna according to the present invention, the vertical axis represents the reflection loss and the horizontal axis represents the frequency. In FIG. 4, the solid line represents the reflection loss of the planar antenna according to the exemplary embodiment of the present invention, the dotted line represents the simulation value, and the light solid line represents the reflection loss of the conventional microstrip patch antenna. Referring to FIG. 3, the center frequency of the antenna is 2.45 GHz, and the bandwidth of the planar antenna according to the present invention can be seen that the bandwidth of the antenna is wider than that of the conventional micro strip patch antenna.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100 : 유전체기판 120 : 안테나 소자부
122 : 신호판 124 : 접지판
126 : 슬롯 140 : 급전부
142 : 제1평행판 전송선로 144 : 제2평행판 전송선로
160 : 커넥터100: dielectric substrate 120: antenna element
122: signal plate 124: ground plate
126: slot 140: feeder
142: first parallel transmission line 144: second parallel transmission line
160: connector

Claims (7)

유전체 기판;
상기 유전체 기판 상에 위치하며, 각각 패치로 이루어지고 슬롯에 의해 구분되는 신호판과 접지판으로 구성되고, 상기 신호판과 접지판이 동일한 평면에 위치하는 안테나 소자부; 및
상기 유전체 기판 상에 위치하며, 상기 안테나 소자부와 연결되어 무선신호가 상기 안테나 소자부를 통해 송수신되게 하며 상기 안테나 소자부와 동일한 평면에 존재하는 전송선로를 구비하는 급전부를 포함하고,
상기 급전부는
일단은 상기 신호판과 연결되며, 타단은 신호가 실린 전자파를 전송하는 케이블과 연결되는 제1평행판 전송선로; 및
상기 제1평행판 전송선로와 상기 안테나 소자부 간의 임피던스 정합을 담당하고 상기 접지판과 연결되는 제2평행판 전송선로를 구비하는 것을 특징으로 하는 평면 안테나.Dielectric substrates;
An antenna element disposed on the dielectric substrate, each of which comprises a signal plate and a ground plate, each of which consists of a patch and is divided by a slot, wherein the signal plate and the ground plate are located on the same plane; And
Located on the dielectric substrate, and connected to the antenna element portion includes a feeder for transmitting and receiving a radio signal through the antenna element portion having a transmission line on the same plane as the antenna element portion,
The feed section
A first parallel plate transmission line, one end of which is connected to the signal plate and the other end of which is connected to a cable for transmitting an electromagnetic wave carrying a signal; And
And a second parallel plate transmission line in charge of impedance matching between the first parallel plate transmission line and the antenna element and connected to the ground plate. 제1항에 있어서, 상기 슬롯은
상기 안테나 소자부의 신호판과 접지판이 대칭구조를 갖도록 하는 십자 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 평면 안테나.The method of claim 1, wherein the slot is
Planar antenna, characterized in that having a cross shape so that the signal plate and the ground plate of the antenna element portion has a symmetrical structure. 제2항에 있어서, 상기 슬롯은
상기 십자 형태의 상하 끝부분에서 시작하여 좌우로 더 형성되는 것을 특징으로 하는 평면 안테나.The method of claim 2, wherein the slot is
Flat antenna characterized in that the left and right further starting from the upper and lower ends of the cross shape. 제3항에 있어서,
안테나 주파수 대역 특성은 상기 슬롯 길이의 조정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 평면 안테나.The method of claim 3,
An antenna frequency band characteristic is achieved by adjusting the slot length. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 제2평행판 전송선로는
상기 제1평행판 전송선로의 폭과 다른 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 평면 안테나.The method of claim 1, wherein the second parallel plate transmission line
And a width different from that of the first parallel plate transmission line. 제1항에 있어서,
상기 급전부의 일단과 연결된 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 안테나.
The method of claim 1,
And a connector connected to one end of the feeding part.
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KR101602575B1 (en) * 2014-10-20 2016-03-10 숭실대학교산학협력단 Wide-band proximity coupled patch antenna using impedance matching network
KR101718761B1 (en) * 2015-11-16 2017-03-23 한국과학기술원 Millimeter Wave Antenna for Diagonal Radiation
KR102151120B1 (en) 2019-10-30 2020-09-02 숭실대학교 산학협력단 A shared-aperture dual-broadband microstrip patch antenna using a cross patch

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