KR101255947B1 - 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나에 관한 것으로, 상기 유전체 공진기 안테나는 다층 기판; 최상위 절연층 상단에 개구부를 갖는 제1 도체판; 최하위 절연층의 하단에 형성된 제2 도체판; 상기 개구부 주위를 소정 간격으로 관통하는 다수의 금속 비아홀; 상기 제1 도체판, 상기 제2 도체판, 및 상기 다수의 금속 비아홀에 의해 캐비티 형태로 내장된 유전체 공진기에 전원을 공급하는 급전부; 및 상기 유전체 공진기 내 다중 공진을 발생시켜 대역폭을 조절하기 위해 상기 유전체 공진기 내에 형성된 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀을 포함함으로써, 상기 유전체 공진기의 크기를 증가시키지 않고 대역폭을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 소형화가 가능한 효과가 있다.

Description

대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나{Dielectric resonant antenna adjustable bandwidth}
본 발명은 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나에 관한 것이다.
기존의 송수신 시스템은 개별 부품을 조립해 시스템을 구성한 제품이 주를 이루었다. 그러나, 최근에는 밀리미터파 대역의 송수신 시스템을 단일 패키지로 구성한 SOP(System on Package) 제품에 대한 연구가 진행되고 있으며, 일부 제품은 상용화되고 있다.
단일 패키지 제품에 대한 기술은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 및 LCP(Liquid Crystal Polymer)와 같은 유전체 기판을 적층하는 다층기판 공정기술과 함께 발달해왔다.
이와 더불어, 최근 국내외에서 2.4GHz/5GHz의 차세대 WiFi 및 60GHz의 WPAN 등과 같은 대용량 데이터 전송을 위한 근거리 무선통신 송수신기의 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히, 60GHz 대역은 수 GHz의 넓은 대역폭을 라이센스 없이 사용할 수 있어 단순한 음성 서비스뿐만 아니라 영상 및 데이터 서비스를 제공하는 스마트 기기 간 대용량 데이터 및 Full HD급 영상을 무선 고속 전송 가능하게 하는 대용량 전송 시스템 응용에 대한 관심이 확대되고 있다.
이에 따라, 60GHz 대역에서의 근거리 무선통신 응용에서는 7GHz 이상의 광대역 주파수를 사용하게 되므로 사용되는 안테나의 동작 주파수 또한 광대역 특성이 요구된다.
이러한 광대역 특성의 요구를 충족시키기 위해, 종래 다층 기판 환경에 제작된 유전체 공진기 안테나가 사용되는데, 이는 모노폴 안테나 또는 혼 안테나 등과 같은 프리-스탠딩(Free-Standing) 안테나에 비해 공정 오차에 의한 특성 변화가 적은 장점이 있다.
그러나, 실제 제조 공정에서 약 ±10% 정도의 공정 오차가 생길 경우 60GHz 대역의 기준으로 공진점이 약 ±1~2GHz 이동하는 문제점이 생기므로 공정 오차를 고려하여 설계 마진을 확보해야 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래 유전체 공진기 안테나는 대역폭 향상을 위해 다층 기판에 내장된 캐비티 형태의 유전체 공진기의 크기를 증가시켜야하므로 전체적인 안테나의 크기가 커지는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 다층 기판에 내장된 유전체 공진기 내에 다중 공진 발생 비아홀을 형성하여 다중 공진을 발생시킴으로써 대역폭을 조절하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나는, 다수의 절연층이 적층되어 형성된 다층 기판; 상기 다층 기판의 최상위 절연층의 상단에 개구부를 갖도록 형성된 제1 도체판; 상기 다층 기판의 최하위 절연층의 하단에 상기 개구부와 대응되도록 형성된 제2 도체판; 상기 제1 및 제2 도체판 사이에 적층된 상기 다층 기판의 각 층간을 전기적으로 접속하고, 상기 제1 도체판의 상기 개구부 주위를 소정 간격으로 둘러싸 수직 방향의 금속 경계면이 형성되도록 상기 다층 기판을 수직으로 관통하는 다수의 제1 금속 비아홀; 상기 제1 도체판, 상기 제2 도체판, 및 상기 다수의 제1 금속 비아홀에 의해 형성된 금속 경계면에 의해 상기 다층 기판 내에 캐비티 형태로 내장된 유전체 공진기에 전원을 공급하는 급전 라인을 포함하는 급전부; 및 상기 유전체 공진기 내 다중 공진을 발생시켜 대역폭을 조절하기 위해 상기 유전체 공진기 내에 상기 다층 기판을 수직으로 관통하여 형성되는 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 유전체 공진기는 육면체 형태인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연층은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 또는 유기물(organic) 유전체인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기물 유전체는 FR4인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀과 상기 급전 라인 사이의 거리는
Figure 112011077796990-pat00001
인 것을 특징으로 한다. 여기서,
Figure 112011077796990-pat00002
는 상기 유전체 공진기 내에서의 주파수 파장이다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀은 상기 제2 도체판과 접지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀의 갯수가 많을수록 대역폭이 향상되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀의 길이는 짧을수록 대역폭이 향상되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀의 위치는 상기 급전 라인을 중심으로 대칭일수록 대역폭이 향상되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급전부는, 상기 유전체 공진기의 개구부와 수평되게 상기 유전체 공진기의 일측면으로부터 상기 유전체 공진기 내부로 삽입되도록 연장된 라인 형태의 도체판으로 형성된 급전 라인; 상기 급전 라인과 대응되도록 위치되며 상기 급전 라인이 형성된 층과 동일한 층 및 상기 급전 라인으로부터 적어도 1층 이상 위로 적층된 절연층의 상단중 어느 하나에 형성된 제1 접지판; 및 상기 급전 라인과 대응되도록 위치되며 상기 급전 라인으로부터 적어도 1층 이상 아래로 적층된 절연층의 하단에 형성된 제2 접지판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급전부는 상기 급전 라인을 따라 수직 방향의 금속 경계면을 형성하여 상기 제1 도체판과 상기 제2 접지판 사이를 연결하도록 상기 다층 기판을 수직으로 관통하는 다수의 제2 금속 비아홀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급전 라인은 상기 최상위 절연층의 상단에서부터 상기 최하위 절연층의 상단 사이에 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급전 라인은 스트립 라인, 마이크로 스트립 라인 및 CPW(coplanar waveguide) 라인 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 접지판과 상기 제1 도체판은 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 의하면, 다층 기판에 내장된 유전체 공진기의 크기를 변화시키 않고 상기 유전체 공진기 내에 형성된 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀에 의해 다중 공진을 발생시킴으로써 대역폭이 향상되며 소형화가 가능한 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나의 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 유전체 공진기 안테나의 상면도이다.
도 1c는 도 1a에 표시된 A-A'선을 따라 절단된 유전체 공진기 안테나의 단면도이다.
도 2a 내지 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따라 다양하게 형성된 다중 공진 발생 비아홀을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 접지 또는 개방 상태에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 다중 공진 발생 비아홀의 존재 유무에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 갯수에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 길이에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 위치에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나의 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 유전체 공진기 안테나의 상면도이며, 도 1c는 도 1a에 표시된 A-A'선을 따라 절단된 유전체 공진기 안테나의 단면도이다.
도 1a 내지 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나는 다층 기판(1), 제1 도체판(2), 제2 도체판(3), 다수의 제1 금속 비아홀(4), 급전 라인(5a)를 포함하는 급전부(5) 및 다중 공진 발생 비아홀(6)을 포함하여 이루어진다.
상기 다층 기판(1)은 다수의 절연층(1a~1e)이 적층되어 형성된 기판이다.
여기서, 상기 절연층(1a~1e)은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 또는 FR4와 같은 유기물(organic) 유전체가 사용될 수 있다.
상기 제1 도체판(2)은 상기 다층 기판(1)의 최상위 절연층(1a)의 상단에 개구부를 갖도록 형성된다.
이때, 상기 개구부는 직사각형을 포함한 다각형, 원형, 다원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 제2 도체판(3)은 상기 다층 기판(1)의 최하위 절연층(1e)의 하단에 상기 개구부와 대응되도록 형성된다.
이와 같은 상기 제1 및 제2 도체판(2 및 3)은 상기 유전체 공진기(7)를 규정하는 금속 경계면으로서의 역할과 후술될 급전부(5)의 접지판으로서의 역할을 모두 수행한다.
상기 다수의 제1 금속 비아홀(4)은 상기 제1 및 제2 도체판(2 및 3) 사이에 적층된 상기 다층 기판(1)의 각 층간을 전기적으로 접속하고, 상기 제1 도체판(2)의 상기 개구부 주위를 소정 간격으로 둘러싸 수직 방향의 금속 경계면이 형성되도록 상기 다층 기판(1)을 수직으로 관통하여 형성된다.
이와 같이, 상기 다층 기판(1)에 제1 도체판(2), 제2 도체판(3) 및 다수의 제1 금속 비아홀(4)을 형성함으로써, 이들에 의해 형성된 금속 경계면에 의해 공진 모드를 유지시키는 유전체 공진기(7)를 상기 다층 기판(1)에 내장할 수 있게 된다.
이상적인 경우에는 다층 기판(1)에서 수직방향 금속 경계면이 요구되지만, 제작상의 어려움 때문에 일정한 간격으로 배열된 다수의 제1 금속 비아홀(4)을 사용해 이를 대체할 수 있다.
상기 급전부(5)는 상기 다층 기판(1)에 캐비티 형태로 내장된 유전체 공진기(7)에 전원을 공급하기 위해 상기 유전체 공진기(7)의 일측에 형성된다.
이러한 상기 급전부(5)는 상기 다층 기판(1)에 용이하게 형성될 수 있는 스트립 라인, 마이크로 스트립 라인 및 CPW(coplanar waveguide) 라인과 같은 전송 선로, 즉 급전 라인(5a)을 이용하여 급전할 수 있도록 구현된다.
보다 구체적으로, 상기 급전부(5)는 하나의 급전 라인(5a), 제1 접지판(5b) 및 제2 접지판(5c)으로 구성된다.
상기 급전 라인(5a)은 상기 유전체 공진기(7)의 개구부와 수평되게 상기 유전체 공진기(7)의 일측면으로부터 상기 유전체 공진기(7)의 내부로 삽입되도록 연장된 라인 형태의 도체판으로 형성된다.
여기서, 상기 급전 라인(5a)은 상기 다층 기판(1)의 최상위 절연층(1a)의 상단에서부터 상기 다층 기판(1)의 최하위 절연층(1e)의 상단 사이의 어디에라도 위치할 수 있다.
상기 제1 접지판(5b)은 상기 급전 라인(5a)과 대응되도록 위치되며, 상기 급전 라인(5a)이 형성된 층과 동일한 층 및 상기 급전 라인(5a)으로부터 적어도 1층 이상 위로 적층된 절연층의 상단 중 어느 하나에 형성된다.
상기 제2 접지판(5c)은 상기 급전 라인(5a)과 대응되도록 위치되며, 상기 급전 라인(5a)으로부터 적어도 1층 이상 아래로 적층된 절연층의 하단에 형성된다.
예를 들어, 상기 급전 라인(5a)이 도 1a 내지 1c에 도시된 바와 같이 상기 다층 기판(1)의 최상위 절연층(1a)의 상단에 형성된 경우라면, 상기 제1 접지판(5b)은 상기 급전 라인(5a)이 형성된 층과 동일한 층(즉, 상기 최상위 절연층(1a)의 상단)에 형성될 수 있다.
만약, 상기 급전 라인(5a)이 제2 절연층(1b)과 제3 절연층(1c) 사이에 형성된 경우라면, 상기 제1 접지판(5b)은 상기 급전 라인(5a)로부터 적어도 1층 이상 위로 적층된 절연층(예컨대, 제2 절연층(1b))의 상단에 상기 급전 라인(5a)과 대응되도록 위치하여 형성될 수 있고, 상기 제2 접지판(5c)는 상기 급전 라인(5a)로부터 적어도 1층 이상 아래로 적층된 절연층(예컨대, 제3 절연층(1c) 또는 제4 절연층(1d))의 하단에 상기 급전 라인(5a)과 대응되도록 위치하여 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2 접지판(5b 및 5c)은 상기 급전 라인(5a)과 반드시 대응되는 위치에 형성되어야 하며, 그 크기와 형태에 제한은 없다.
이에 따라, 상기 제1 접지판(5b)은 도 1a 내지 1c에 도시된 바와 같이 최소한 점선으로 구획된 영역 중 상기 급전 라인(5a)과 대응되는 위치에 해당하는 일부 영역(5b)만을 필요로 하나, 이 영역(5b)을 포함하는 상기 제1 도체판(2)으로 대체해도 무방하다.
즉, 상기 제1 접지판(5b)은 상기 제1 도체판(2)과 일체로 형성될 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2 접지판(5c)도 도 1a 내지 1c에 도시된 바와 같이 최소한 점선으로 구획된 영역 중 상기 급전 라인(5a)과 대응되는 위치에 해당하는 일부 영역만을 필요로 하나, 이 영역을 포함하는 상기 제1 도체판(2)과 동일한 크기와 모양의 도체판을 사용하여도 무방하다.
또한, 상기 급전부(5)는 상기 급전 라인(5a)을 통해 고주파 신호가 인가되며, 상기 유전체 공진기(7)의 형태 및 크기에 따라 특정 주파수에서 공진하는 고주파 신호를 상기 개구부를 통해 방사하는 안테나 방사체로서 기능하게 된다.
이때, 상기 방사 시 반사 손실을 줄이기 위해 상기 급전부(5)는 상기 급전 라인(5a)을 따라 수직 방향의 금속 경계면을 형성하여 상기 제1 도체판(2)과 상기 제2 접지판(5c) 사이를 연결하도록 상기 다층 기판(1)을 수직으로 관통하는 다수의 제2 금속 비아홀(5d)을 더 포함할 수 있다.
이러한 상기 다수의 제2 금속 비아홀(5d)을 더 형성함으로써 상기 유전체 공진기(7)로부터 고주파 신호의 방사 시 반사 손실을 줄임으로써 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 유전체 공진기(7)는 상기에 언급한 바와 같이 상기 개구부의 모양과 크기에 따라 공진 주파수가 달라질 수 있는데, 본 실시 예에서와 같이 직사각형의 개구부에 의해 형성된 유전체 공진기(7)는 육면체로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 유전체 공진기(7)는 상기 급전 라인(5a)과 평행하는 방향(y 방향)으로 길이를 증가시켜 대역폭을 증가시킬 수 있다.
그러나, 상기 유전체 공진기(7)의 y방향 길이를 증가시키지 않고 고정된 상태에서 상기 유전체 공진기(7) 내에 적어도 하나 이상의 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)을 형성하여 대역폭이 증가하도록 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)은 상기 유전체 공진기(7) 내 다중 공진을 발생시켜 대역폭을 조절하기 위해 상기 유전체 공진기(7) 내에 상기 다층 기판(1)을 수직으로 관통하여 형성된다.
이러한 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)은 그 갯수, 위치 및 길이 등에 따라 다양한 다중 공진을 발생하며, 이러한 다양한 경우의 다중 공진 특성은 후술되는 도 2a 내지 7c를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 2f는 본 발명의 일 실시 예에 따라 다양하게 형성된 다중 공진 발생 비아홀을 나타내는 도면이고, 도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 접지 또는 개방 상태에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2f에 도시된 바와 같이, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)은 상기 유전체 공진기(7) 내에 적어도 하나 이상 형성될 수 있으며, 그 갯수, 위치 및 길이 등에 따라 다중 공진점이 달라지므로 이들을 조절하여 발생된 다중 공진을 이용하여 사용하고자 하는 주파수 대역폭을 조절할 수 있다.
이때, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)은 그 위치에 제한은 없으나, 상기 급전 라인(5a)(구체적으로, 상기 급전 라인(5a)의 매칭 라인(Matchin Line; ML))과의 거리는 약 거리는
Figure 112011077796990-pat00003
인 것이 바람직하다. 여기서,
Figure 112011077796990-pat00004
는 상기 유전체 공진기 내에서의 주파수 파장이다.
그리고, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)은 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 제2 도체판(3)과 접지(Ground)되어야 도 3c에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 공진점을 갖는 다중 공진이 발생된다(도 3c의 점선 참조).
만약, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)과 상기 제2 도체판(3)이 개방(Open)되어 있을 때는 도 3c에 도시된 바와 같이 다중 공진이 아닌 단일 공진이 발생된다(도 3c의 실선 참조).
이와 같이, 단일 공진인 경우(실선)와 다중 공진인 경우(점선)의 주파수에 따른 반사 손실 그래프를 비교하면, 반사 손실이 -10dB인 경우를 기준으로 상기 단일 공진인 경우의 대역폭(B1)보다 다중 공진인 경우의 대역폭(B2)이 더 넓게 향상된 것을 알 수 있다(B1<B2).
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 존재 유무에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 4는 상기 유전체 공진기(7) 내에 본 발명에 따른 다중 공진 발생 비아홀(6)이 존재하지 않는 경우(실선)와 존재하는 경우(점선)의 주파수에 따른 반사 손실 그래프를 각각 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유전체 공진기(7) 내 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)이 존재하지 않는 경우에는 실선으로 표시된 것처럼 단일 공진이 발생되는 반면, 상기 유전체 공진기(7) 내 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)이 존재하는 경우 점선으로 표시된 것처럼 2개의 공진점을 갖는 다중 공진이 발생된 것을 알 수 있다.
즉, 상기 단일 공진인 경우의 대역폭은 약 56.4GHz에서 63.6GHz인 반면, 상기 다중 공진인 경우의 대역폭은 약 56.4GHz에서 65.5GHz로 대역폭이 더 넓게 향상된 것을 알 수 있다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 갯수에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 5a는 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 갯수가 도 2a에 도시된 것처럼 1개일 경우와 도 2b에 도시된 것처럼 2개일 경우의 주파수에 따른 반사 손실 그래프를 각각 나타내고, 도 5b 및 5c는 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 갯수가 1개일 경우와 2개일 경우의 방사패턴을 각각 나타낸다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 반사 손실이 -10dB인 경우를 기준으로 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 갯수가 1개일 경우의 대역폭(B3)보다 2개일 경우의 대역폭(B4)이 대역폭이 더 넓게 향상된 것을 알 수 있다(B3<B4).
또한, 도 5b와 5c에 도시된 바와 같이, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 갯수에 따른 방사 패턴을 비교해 보면, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)이 1개인 경우(Mag=5.9542)보다 2개인 경우(Mag=6.0952) 이득(Gain)이 좀 더 우수한 것을 알 수 있다.
이와 같이, 다중 공진 발생 비아홀(6)의 갯수를 조절하여 다중 공진점을 조절함으로써 사용하고자 하는 대역폭을 조절할 수 있다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 길이에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 6a는 상대적으로 길이가 긴 다중 공진 발생 비아홀(6)을 도시하고(제2 내지 제5 절연층(1b~1e)에 형성됨), 도 6b는 도 6a에 도시된 다중 공진 발생 비아홀(6)에 의한 주파수에 따른 반사 손실 그래프를 나타내며, 도 6c는 상대적으로 길이가 짧은 다중 공진 발생 비아홀(6)을 도시하고(제3 내지 제5 절연층(1c~1e)에 형성됨), 도 6d는 도 6c에 도시된 다중 공진 발생 비아홀(6)에 의한 주파수에 따른 반사 손실 그래프를 나타낸다.
도 6c에 도시된 바와 같이 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 길이가 상대적으로 긴 경우, 약 60.5GHz에서 제1 공진점이 발생되고 약 63.4GHz에서 제2 공진점이 발생된다.
그러나, 도 6d에 도시된 바와 같이 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 길이가 상대적으로 짧은 경우, 약 61GHz에서 제1 공진점이 발생되고, 약 71.6Hz에서 제2 공진점이 발생된다.
도 6c와 6d를 비교하면, 상기 제1 공진점의 변화는 거의 없으나 상기 제2 공진점의 변화는 확연하게 차이가 남을 알 수 있다.
즉, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 길이가 짧을수록 상기 제2 공진점이 높은 주파수 대역으로 이동(오른쪽으로 이동)되는 것을 알 수 있다.
이러한 상기 제2 공진점의 이동은 반사손실이 -10dB인 경우를 기준으로 비교하였을 때, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 길이가 상대적으로 긴 경우(B5)보다 짧은 경우(B6) 대역폭이 넓게 향상된 것을 알 수 있다(B5<B6).
이와 같이, 다중 공진 발생 비아홀(6)의 길이를 조절하여 다중 공진점을 조절(특히, 상기 제2 공진점을 이동시켜 조절)함으로써 사용하고자 하는 대역폭을 조절할 수 있다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 공진 발생 비아홀의 위치에 따른 다중 공진 발생 특성을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 7a는 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 위치가 도 2c 및 2e에 도시된 바와 같이 상기 급전 라인(5a)을 기준으로 비대칭일 경우(실선)와 대칭일 경우(점선)의 주파수에 따른 반사 손실 그래프를 각각 나타내고, 도 7b는 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 위치가 상기 급전 라인(5a)을 기준으로 비대칭일 경우의 방사 패턴을 나타내며, 도 7c는 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 위치가 상기 급전 라인(5a)을 기준으로 대칭일 경우의 방사 패턴을 나타낸다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 반사 손실이 -10dB인 경우를 기준으로 비교하면, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)이 상기 급전 라인(5a)를 기준으로 비대칭일 경우의 대역폭(B7)보다 대칭일 경우의 대역폭(B8) 더 넓게 향상된 것을 알 수 있다(B7<B8).
또한, 도 7b와 7c에 도시된 바와 같이, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 위치에 따른 방사 패턴을 비교해 보면, 상기 다중 공진 발생 비아홀(6)의 위치가 상기 급전 라인(5a)를 기준으로 비대칭인 경우(Mag=5.4554)보다 대칭인 경우(Mag=5.5615) 이득(Gain)이 좀 더 우수한 것을 알 수 있다.
이와 같이, 다중 공진 발생 비아홀(6)의 위치를 조절하여 다중 공진점을 조절함으로써 사용하고자 하는 대역폭을 조절할 수 있다.
지금까지 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나는 다층 기판에 내장된 유전체 공진기(7) 내에 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀(6)을 형성함으로써 상기 유전체 공진기(7)의 크기를 조절하지 않고도 다중 공진을 발생시켜 대역폭을 향상시킬 수 있다.
이와 더불어, 동일한 주파수 대역폭을 사용할 경우 상기 유전체 공진기(7)의 크기를 감소시킬 수 있으므로 소형화가 가능한 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 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.
1 : 다층 기판 1a~1e : 절연층
2 : 제1 도체판 3 : 제2 도체판
4 : 제1 금속 비아홀 5 : 급전부
5a : 급전 라인 5b : 제1 접지판
5c : 제2 접지판 5d : 제2 금속 비아홀
6 : 다중 공진 발생 비아홀 7 : 유전체 공진기

Claims (14)

  1. 다수의 절연층이 적층되어 형성된 다층 기판;
    상기 다층 기판의 최상위 절연층의 상단에 개구부를 갖도록 형성된 제1 도체판;
    상기 다층 기판의 최하위 절연층의 하단에 상기 개구부와 대응되도록 형성된 제2 도체판;
    상기 제1 및 제2 도체판 사이에 적층된 상기 다층 기판의 각 층간을 전기적으로 접속하고, 상기 제1 도체판의 상기 개구부 주위를 소정 간격으로 둘러싸 수직 방향의 금속 경계면이 형성되도록 상기 다층 기판을 수직으로 관통하는 다수의 금속 비아홀;
    상기 제1 도체판, 상기 제2 도체판, 및 상기 다수의 금속 비아홀에 의해 형성된 금속 경계면에 의해 상기 다층 기판 내에 캐비티 형태로 내장된 유전체 공진기에 전원을 공급하는 급전 라인을 포함하는 급전부; 및
    상기 유전체 공진기 내 다중 공진을 발생시켜 대역폭을 조절하기 위해 상기 유전체 공진기 내에 상기 다층 기판을 수직으로 관통하여 형성되는 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀을 포함하여 이루어진 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  2. 청구항 1에 이어서, 상기 유전체 공진기는 육면체 형태인 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  3. 청구항 1에 이어서, 상기 절연층은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 또는 유기물(organic) 유전체인 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 유기물 유전체는 FR4인 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀과 상기 급전 라인 사이의 거리는
    Figure 112011077796990-pat00005
    인 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
    여기서,
    Figure 112011077796990-pat00006
    는 상기 유전체 공진기 내에서의 주파수 파장임.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀은 상기 제2 도체판과 접지되는 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀의 갯수가 많을수록 대역폭이 향상되는 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀의 길이는 짧을수록 대역폭이 향상되는 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 다중 공진 발생 비아홀의 위치는 상기 급전 라인을 중심으로 대칭일수록 대역폭이 향상되는 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 급전부는,
    상기 유전체 공진기의 개구부와 수평되게 상기 유전체 공진기의 일측면으로부터 상기 유전체 공진기 내부로 삽입되도록 연장된 라인 형태의 도체판으로 형성된 급전 라인;
    상기 급전 라인과 대응되도록 위치되며 상기 급전 라인이 형성된 층과 동일한 층 및 상기 급전 라인으로부터 적어도 1층 이상 위로 적층된 절연층의 상단중 어느 하나에 형성된 제1 접지판; 및
    상기 급전 라인과 대응되도록 위치되며 상기 급전 라인으로부터 적어도 1층 이상 아래로 적층된 절연층의 하단에 형성된 제2 접지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 급전부는 상기 급전 라인을 따라 수직 방향의 금속 경계면을 형성하여 상기 제1 도체판과 상기 제2 접지판 사이를 연결하도록 상기 다층 기판을 수직으로 관통하는 다수의 제2 금속 비아홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 급전 라인은 상기 최상위 절연층의 상단에서부터 상기 최하위 절연층의 상단 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 급전 라인은 스트립 라인, 마이크로 스트립 라인 및 CPW(coplanar waveguide) 라인 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 접지판과 상기 제1 도체판은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 대역폭 조절 가능한 유전체 공진기 안테나.
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