KR101182425B1 - 스터브가 있는 슬롯 안테나 - Google Patents

Abstract

스터브가 있는 슬롯 안테나가 개시된다. 다층 기판을 사용하여 TEM 모드를 전파하는 스트립 전송선을 형성하고, 스트립 전송선에 다수의 슬롯을 사용하여 전방향의 복사 패턴을 가지면서 방향성을 높인다.

Description

스터브가 있는 슬롯 안테나{Slot atenna with stubs}

본 발명은 슬롯 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평면형 유전체 기판을 이용한 스터브가 있는 에지 슬롯(Edge Slot) 배열 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-013-01, 과제명: 스펙트럼 공학 및 밀리미터파대 전파자원 이용기술개발].

종래 CTS(Continuous Transverse Stub) 안테나는, 평판형 전송선에 스터브가 있는 슬롯을 이용한 복사체를 사용함으로써 안테나 면에 수직인 방향(즉, broadside)으로 전력을 복사하여 저손실 및 고신뢰성 안테나를 구현한다. 그러나 이 안테나 구조는 신호의 급전과 안테나의 임피던스 정합, 급전선의 단락(termination) 회로를 구현하기 어렵다.

또한 동축선(coaxial cable)을 이용한 동축 CTS 배열(Coacial CTS array) 안테나는 크기가 서로 다른 원형의 스터브를 사용하여 다중 대역에서 전방향 복사 특성을 갖는다. 그러나 동축 CTS 배열 안테나도 신호의 급전이 동축선을 통해 이루어지므로, 임피던스 정합과 급전선의 단락 회로 구성이 어려우며, 송수신 모듈과의 집적화도 어려운 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다층 기판을 사용하여 TEM(Transverse Electromagnetic) 모드를 전파하는 스트립 전송선을 형성하고, 스트립 전송선의 접지면에 다수의 슬롯을 사용하여 전방향의 복사 패턴을 가지면서 방향성을 높인 스터브가 있는 슬롯 안테나를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 일 실시예는, 마이크로스트립 전송선이 배치된 양단의 제1 영역과 제2 영역, 그리고 상기 제1 영역과 제2 영역 사이에서 스트립 전송선이 형성된 제3 영역을 포함하는 유전체 기판; 상기 제3 영역의 유전체 기판상에 일정 간격으로 배열된 적어도 한 쌍의 스터브; 및 상기 제3 영역의 끝에서 상기 스터브까지 영역의 유전체 기판의 상하면에 각각 위치하고, 다수의 접지 비어를 통해 상하 연결되는 접지면;을 포함한다.

본 발명에 따르면, 신호의 급전은 마이크로스트립 전송선과 같은 유사 TEM 모드를 전달하는 평면형 전송선에 의해 이루어지고, 급전선은 TEM 모드를 전달하는 스트립 전송선으로 연결함으로써 급전과 급전선의 한쪽 끝을 단락하는 것이 용이하고, 안테나의 임피던스를 급전선의 임피던스에 정합하기 위한 회로 구현이 용이하 다. 또한 송수신 모듈과의 집적화도 쉽게 구현할 수 있다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 일 실시예의 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나는 유전체 기판(110)을 이용한 스터브(130)가 있는 엣지 슬롯(Edge Slot) 배열 안테나(100)이다.

슬롯 안테나의 양 단에 각각 신호 급전부와 급전선 단락부를 포함하고, 신호 급전부와 급전선 단락부 옆에는 접지부(120)가 위치하고, 접지부의 끝에는 스터브(130)가 형성된다. 유전체 기판(100)에는 마이크스트립 전송선(160,170)과 스트립 전송선(150)이 형성된다. 스트립 전송선(150)은 다층 기판을 사용하여 TEM 모드를 전파한다.

신호 급전부 및 급전선 단락부는 유전체 기판(100) 위에 평면형 전송선을 포함하여 송수신 모듈과의 집적화 및 임피던스 정합 회로 구현을 용이하게 한다. 이러한 평면형 전송선의 일 예로 마이크로스트립 전송선(160,170)이 있다.

접지부(120,140)를 살펴보면, 유전체 기판(110)을 사이에 두고 위아래에 접지면이 위치하고, 두 개의 접지면은 일렬로 배열된 다수의 접지 비어(122,142)를 통해 연결된다. 유전체 기판(110)의 옆면에 일렬로 배열된 접지 비어(122,142)는 옆면으로 누설되는 신호를 막아 안테나의 복사 효율을 높여 고이득 전방향 복사 패턴 특성을 가능하게 한다.

스터브(130)는 임의의 모양으로 접지부(120)의 끝에 형성된다. 본 실시 예에서는 원형의 스터브를 가정하였으나, 네모, 세모 등 임의의 모양을 가질 수 있음은 물론이다.

유사-TEM 모드(Quasi-Transverse Electromagnatic Mode)의 신호는 먼저 마이크로스트립 급전선(160)을 통해 수신되어 스트립 전송선(150)으로 전송된다. 그리고 스터브(130)를 통하여 신호의 일부가 복사되고, 나머지 신호는 급전선 단락부에서 소모된다.

급전선 단락부는 임피던스 부정합으로 인한 반사파가 발생하지 않도록 마이크로스트립 전송선(170)의 특성 임피던스와 동일한 임피던스를 사용한다. 이에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

일반적으로 스트립 전송선(150)의 양면은 개방된 형태를 가지지만, 특정 방향으로 신호를 전송하기 위한 안테나로 사용할 경우, 신호의 누설로 인하여 안테나의 효율이 급격하게 낮아지는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위하여 본 실시 예에서는 상하부 접지면 사이의 접지 비어(122,142)를 구성하여 신호가 누설되는 것을 방지한다.

도 2는 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 슬롯과 접지면의 단면의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 유전체(110)를 사이에 두고 상하의 두 개의 접지면 사이에 접지 비어(122,42)가 존재한다. 나란하게 배열된 2 개의 스터브(130) 사이의 간격(L)(210)과 스터브의 길이(R)(200)는 주파수에 반비례한다. 즉, 주파수가 증가함에 따라 두 스터브(130) 사이의 간격은 좁아지고 길이는 줄어든다.

신호의 누설을 막기 위하여 접지 비어(122,142)의 배치 간격은 관내 파장(guided wavelength, λ_g)의 1/10 이하(즉,λ_g/10)가 되도록 구성한다.

도 3은 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 단락부의 상세 구조의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 스트립 전송선(150)의 TEM 모드 신호는 마이크로스트립 전송선(170)에서 유사-TEM 모드 신호로 변환된 후 단락 저항(300)에 의하여 소모된다.

단락 저항(300)은 접지 비어(310)를 통해 접지면(124)에 연결된다. 병렬로 연결된 다수의 단락 저항들의 등가 저항은 마이크로스트립 전송선(170)의 특성 임피던스와 동일한 것이 바람직하다. 예를 들어, 마이크로스트립 전송선의 특성 임피던스가 50Ω이고, 단락 저항을 2개 사용하는 경우, 100Ω의 단락 저항 2개를 사용한다. 여러 개의 단락 저항을 사용하면 단락 저항 자체에 존재하는 인덕턴스를 줄일 수 있기 때문에 안테나의 동작 주파수를 높일 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 x-y 평면에서의 복사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 실시 예의 시뮬레이션의 결과(400)는 주파수 7GHz, 스 터브의 간격(L)과 길이(R)을 각각 10mmm로 정한 경우이다. 도 4에 도시된 시뮬레이션 결과로부터 안테나의 특성이 전방향 복사 패턴임을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 다수의 스터브가 있는 슬롯 안테나의 일 실시예의 구조를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 슬롯 안테나는 도 1과 달리 4 개의 스터브를 가진다. 슬롯 안테나의 제1 스터브와 제2 스터브 사이(500), 제3 스터브와 제4 스터브 사이(510)에는 슬롯이 위치하고, 제2 스터브와 제3 스터브 사이에는 슬롯이 아닌 접지부(520)가 위치한다. 이 외 슬롯 안테나의 양 단의 구조는 도 1과 동일하다. 도 5와 같이 다수의 스터브가 배열된 구조를 이용하면 안테나의 방향성이 더욱 증가한다.

급전선 단락부는 반사파가 발생하지 않도록 마이크로스트립 전송선의 특성 임피던스와 같은 저항을 사용한다. 그리고 주파수 특성을 높이기 위하여 다수의 저항을 병렬로 사용하면 각 저항값은 저항기의 개수에 특성 임피던스를 곱한 값과 같다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으 로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 일 실시예의 구조를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 슬롯과 접지면의 단면의 구조를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 단락부의 상세 구조의 일 실시예를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 스터브가 있는 슬롯 안테나의 x-y 평면에서의 복사 패턴을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면, 그리고,

도 5는 본 발명에 따른 다수의 스터브가 있는 슬롯 안테나의 일 실시예의 구조를 도시한 도면이다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 마이크로스트립 전송선과 스트립 전송선이 형성된 유전체 기판;

   상기 스트립 전송선의 끝 부분에서 유전체 기판의 상하면에 각각 위치하고, 다수의 접지 비어들을 통해 상하 연결되는 접지면;

   상기 유전체 기판상에 일정 간격으로 배열된 적어도 한 쌍의 스터브;

   상기 마이크로스트립 전송선의 끝 부분에 병렬로 배열된, 상기 마이크로스트립 전송선의 임피던스와 매칭되는 적어도 두 개 이상의 단락 저항들; 및

   상기 단락 저항들을 상기 유전체 기판 밑면의 접지면과 연결하는 접지 비어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스터브가 있는 슬롯 안테나.
3. 마이크로스트립 전송선과 스트립 전송선이 형성된 유전체 기판;

   상기 스트립 전송선의 끝 부분에서 유전체 기판의 상하면에 각각 위치하고, 다수의 접지 비어들을 통해 상하 연결되는 접지면; 및

   상기 유전체 기판상에 일정 간격으로 배열된 적어도 한 쌍의 스터브;를 포함하고,

   상기 한 쌍의 스터브의 배열 간격과 상기 스터브의 길이는 주파수에 반비례하는 것을 특징으로 하는 스터브가 있는 슬롯 안테나.
4. 마이크로스트립 전송선과 스트립 전송선이 형성된 유전체 기판;

   상기 스트립 전송선의 끝 부분에서 유전체 기판의 상하면에 각각 위치하고, 다수의 접지 비어들을 통해 상하 연결되는 접지면; 및

   상기 유전체 기판상에 일정 간격으로 배열된 적어도 한 쌍의 스터브;를 포함하고,

   상기 접지 비어들 사이의 간격은 관내 파장(guided wavelength)의 1/10 이하가 되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 스터브가 있는 슬롯 안테나.
5. 마이크로스트립 전송선과 스트립 전송선이 형성된 유전체 기판;

   상기 스트립 전송선의 끝 부분에서 유전체 기판의 상하면에 각각 위치하고, 다수의 접지 비어들을 통해 상하 연결되는 접지면; 및

   상기 유전체 기판상에 일정 간격으로 배열된 적어도 한 쌍의 스터브;를 포함하고,

   상기 스트립 전송선은 TEM 모드를 전파하도록 다층 기판을 사용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스터브가 있는 슬롯 안테나.
6. 마이크로스트립 전송선과 스트립 전송선이 형성된 유전체 기판;

   상기 스트립 전송선의 끝 부분에서 유전체 기판의 상하면에 각각 위치하고, 다수의 접지 비어들을 통해 상하 연결되는 접지면;

   상기 유전체 기판상에 일정 간격으로 배열된 적어도 한 쌍의 스터브;

   유전체 기판상에 일정 간격으로 배열된 두 쌍의 스터브; 및

   상기 두 쌍의 스터브 사이의 유전체 기판상의 상하면에 각각 위치하고, 다수의 접지 비어를 통해 상하 연결되는 접지면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스터브가 있는 슬롯 안테나.

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