KR101352062B1

KR101352062B1 - Ism대역용 소형 안테나

Info

Publication number: KR101352062B1
Application number: KR1020120154577A
Authority: KR
Inventors: 윤태순; 박정석
Original assignee: 호남대학교 산학협력단
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-01-16

Abstract

본 발명은 ISM대역용 소형 안테나에 관한 것으로서, 유전체 소재로 된 기판과, 기판 상면의 중앙부분에 사각 형태로 형성된 메인 급전부와, 메인 급전부의 일단에서 메인 급전부의 폭보다 좁은 폭으로 연장된 급전선로와, 급전선로의 종단에서 급전선로보다 넓은 폭으로 사각 형태로 상기 기판 상면에 형성된 방사체와, 기판 상면에 메인 급전부가 이격되게 삽입되는 삽입홈이 급전선로와 대향되는 방향에 형성된 접지면과, 급전선로의 중간부분에서 급전선로의 연장방향과 직교하는 방향을 따라 연장된 제1수평부분과, 제1수평부분의 종단에서 급전선로의 연장방향과 나란한 방향을 따라 연장되어 상기 접지면에 접속된 제1수직부분을 갖는 보조 공진부를 구비한다. 이러한 ISM대역용 소형 안테나에 의하면, 경량화 및 소형화가 가능하면서도 하모닉 주파수의 제거효율이 좋은 장점을 제공한다.

Description

ISM대역용 소형 안테나{antenna for ISM band}

본 발명은 ISM대역용 소형 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ISM 대역 통신용으로 소형화할 수 있으면서 하모닉 주파수를 제거할 수 있도록 된 ISM대역용 소형 안테나에 관한 것이다.

안테나는 무선 통신시스템에서 신호 및 캐리어 주파수를 보내고 받는 중요한 소자이다. 이러한 안테나에 대한 연구는 무선 통신 시스템의 개발과 함께 신호 전력의 손실을 최소화하면서 송수신 할 수 있도록 개발, 발전되어 왔으며, 최근에는 소형, 경량화된 안테나가 연구되고 있다.

특히, 다양하게 개발되고 있는 여러 시스템을 동시에 하나의 안테나로써 구동시키기 위해 광대역의 주파수 영역에서 동작할 수 있는 안테나가 최근 개발되어 상용화되고 있다. 그런데, 다양한 무선 통신 시스템이 활용됨에 따라 때로는 특정 시스템에서 사용되고 있는 주파수 외에 다른 주파수도 안테나를 통해 시스템에 유입되어 시스템을 교란시키는 문제점이 있다.

즉, 안테나를 원하는 주파수만 송수신할 수 있도록 설계한다 하여도 주파수의 정수배에 해당하는 하모닉 주파수의 송수신이 발생하기 때문이다. 따라서, 원하는 주파수 외에 다른 주파수를 제거하는 여파기의 특성이 중요하며, 2.4 내지 2.48GHz의 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역에서 하모닉 주파수는 제거되고 원하는 주파수만 송수신할 수 있는 안테나가 요구된다.

국내 공개특허 제10-2005-0019471호에는 ISM 대역용 이중대역 평면 역-F 안테나가 개시되어 있다. 그런데, 상기 안테나는 접지면에 대해 패치를 부상시킨 구조로 되어 있어 두께가 두껍고 제작이 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, ISM대역 통신용으로 사용할 수 있으면서 평면화하여 구조가 단순하고, 하모닉 주파수 제거효율이 좋은 ISM대역용 소형 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 ISM대역용 소형 안테나는 유전체 소재로 된 기판과; 상기 기판 상면의 중앙부분에 사각 형태로 형성된 메인 급전부와; 상기 메인 급전부의 일단에서 상기 메인 급전부의 폭보다 좁은 폭으로 연장된 급전선로와; 상기 급전선로의 종단에서 상기 급전선로보다 넓은 폭으로 사각 형태로 상기 기판 상면에 형성된 방사체와; 상기 기판 상면에 상기 메인 급전부가 이격되게 삽입되는 삽입홈이 상기 급전선로와 대향되는 방향에 형성된 접지면과; 상기 급전선로의 중간부분에서 상기 급전선로의 연장방향과 직교하는 방향을 따라 연장된 제1수평부분과, 상기 제1수평부분의 종단에서 상기 급전선로의 연장방향과 나란한 방향을 따라 연장되어 상기 접지면에 접속된 제1수직부분을 갖는 보조 공진부;를 구비한다.

또한, 상기 접지면은 상기 삽입홈이 내측으로 인입되게 사각 형상으로 형성되어 있고, 상기 보조 공진부의 폭은 상기 급전선로의 폭보다 좁게 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 급전선로는 상기 기판의 길이방향의 중심선을 따라 형성되어 있고, 상기 접지면과 상기 방사체는 상기 급전선로의 연장방향을 기준으로 상기 급전선로의 연장방향에 직교하는 방향에 대해 대칭되는 형상된다.

더욱 바람직하게는 상기 기판은 테프론 소재로 형성되고, 상기 급전선로의 폭은 0.4mm, 길이는 6.8mm, 상기 방사체의 폭은 15mm, 길이 6mm, 상기 메인 급전부의 폭은 2mm, 길이 5mm이고, 상기 삽입홈과 상기 메인 급전부의 측면과의 이격폭은 0.4mm, 상기 삽입홈과 상기 메인 급전부의 타단과의 이격폭은 2mm, 상기 보조공진부의 폭은 0.2mm, 상기 수평부분의 길이는 7.1mm, 상기 수직부분의 길이는 3mm이고, 상기 접지면의 폭은 60mm 길이는 60mm로 형성된다.

본 발명에 따른 ISM대역용 소형 안테나에 의하면, 경량화 및 소형화가 가능하면서도 하모닉 주파수의 제거효율이 좋은 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 ISM대역용 소형 안테나를 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 ISM대역용 소형 안테나의 평면도이고,
도 3은 도 1의 안테나의 주파수 특성을 나타내 보인 그래프이고,
도 4는 도 1의 안테나의 3차원 방사특성을 나타내 보인 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 ISM대역용 소형 안테나를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 ISM대역용 소형 안테나를 나타내 보인 사시도이다.

도 1을 참조하면, 안테나(10)는 기판(11), 메인 급전부(12), 급전선로(13), 방사체(15), 보조 공진부(16) 및 접지면(20)을 갖는 구조로 되어 있다.

기판(11)은 유전체 소재로 된 것을 적용한다.

기판(11)은 유전상수(ε_r)가 2 내지 3 범위 내에 있는 유전체 소재로 된 것을 적용하고, 바람직하게는 기판(11)은 유전상수가 2.54인 것을 사용한다.

또한, 기판(11) 소재로서는 FR-4, 고저항 실리콘, 유리, 알루미나, 테프론, 에폭시, LTCC 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 테프론 소재로 된 것을 적용한다.

기판(11)은 사각 판 형태로 형성된 것이 적용되었다.

메인 급전부(12)는 기판(11) 상면의 중앙부분에 사각 형태로 형성되어 있다.

급전선로(13)는 기판(11)의 상면에서 메인 급전부(12)와 일단(13a)에서 메인 급전부(12)의 폭보다 좁은 폭으로 후술되는 방사체(15)를 향하는 방향으로 연장되어 있다.

급전선로(13)는 기판(11)을 좌우로 대칭 분할하는 중심선인 기판(11)의 길이방향의 중심선을 따라 일정폭(e)으로 스트립 상으로 연장되게 형성되어 있고, 접지면(20)과 방사체(15)는 급전선로(13)의 연장방향을 기준으로 급전선로(13)의 연장방향에 직교하는 방향에 대해 대칭되는 형상으로 형성되어 있다.

방사체(15)는 급전선로(13)의 타단(13b)에서 급전선로(13)보다 넓은 폭으로 사각 형태로 기판(11) 상면에 형성되어 있다.

접지면(20)은 기판(11)의 상면의 일단으로부터 급전선로(13)를 향하는 방향으로 연장되어 사각형태로 형성되되 급전선로(13)의 일단과 대향되는 부분에 메인 급전부(12)가 이격되게 진입되는 삽입홈(22)을 갖게 기판(11)의 상면에 형성되어 있다.

즉, 접지면(20)은 기판(11) 상면에 급전선로(13)와 접속되지 않은 메인 급전부(12)의 나머지 세면이 이격되게 삽입되는 삽입홈(22)이 급전선로(13)와 대향되는 방향에 형성된 구조로 되어 있다.

접지면(20)의 삽입홈(22)은 내측으로 인입되게 사각 형상으로 형성되어 있다.

보조 공진부(16)는 급전선로(13)의 중간부분에서 급전선로(13)의 연장방향과 직교하는 오른쪽 방향을 따라 연장된 제1수평부분(16a)과, 제1수평부분(16a)의 종단에서 급전선로(13)의 연장방향과 나란한 방향을 따라 연장되어 접지면(20)에 접속된 제1수직부분(16b)을 갖는 구조로 되어 있다.

보조 공진부(16)의 연장방향에 직교하는 방향으로의 폭은 급전선로(13)의 폭보다 좁게 형성된다.

이러한 보조 공진부(16)는 메인 급전부(12)로부터 급전선로(13)를 통해 필연적으로 발생하는 하모닉 주파수를 원하는 만큼 이동시킬 수 있는 계단형 공진기 역할을 함으로써 하모닉 주파수를 제거하는 기능을 한다.

또한, 보조 공진부(16)는 급전선로(13)로부터 방사체로 이어지는 저임피던스 선로에 비해 고임피던스를 갖으며 요구되는 1/4 파장에 해당하는 급전선로 길이를 감소시키는 기능도 한다.

이러한 구조에서 안테나(10)는 기판(11) 상면에 급전선로(13)와, 접지면(20)이 동시에 존재하는 구조인 CPW(Coplanar Waveguide) 급전 구조로 되어 있다.

이러한 구조의 안테나(10)는 적용하고자 하는 기판(11)의 상면에 도전소재로 앞서 설명된 메인 급전부(12), 급전선로(13), 방사체(15), 보조 공진부(16)를 프린팅 기법에 의해 인쇄하여 형성하면 된다.

한편, 본 발명에 따른 안테나(10)의 동작 주파수 특성을 확인하기 위해 ISM대역에 해당하는 2.4 내지 2.5 GHz 대역에서 동작할 수 있도록 유전상수 2.54인 테프론소재로 된 두께 1.0mm, 폭 방향인 가로 60mm 및 길이방향인 세로 73mm인 기판(11)에 도전소재를 인쇄기법에 의해 도 1에 도시된 구조로 제작하였다.

제작된 안테나(10)의 급전선로(13)의 폭(e)은 0.4mm, 길이는 6.8mm이고, 그 밖의 치수는 아래의 표 1 같이 적용하여 제작하였다.

아래의 표 1에서 a는 접지면(20)의 폭이고, b는 접지면(20)의 길이이고, c 및 d는 방사체(15)의 폭과 길이이며, f는 방사체(15)와 제1수평부분(16a)의 이격거리이고, g는 제1수평부분(16a)의 길이이고, h는 제2수평부분(16b)의 폭이고, i는 접지면(20)과 제1수평부분(16a)과의 이격거리이고, w는 삽입홈(22)과 메인 급전부(12)의 측면과의 이격거리이고, k는 삽입홈(22)과 메인 급전부(12)의 타단 즉 저면과의 이격거리이고, m과 y는 메인 급전부의 길이 및 폭이다.

a(mm)	b(mm)	c(mm)	d(mm)
60	60	15	6
w(mm)	f(mm)	g(mm)	h(mm)
0.4	3.6	7.1	0.2
i(mm)	k(mm)	m(mm)	y(mm)
3	2	5	2

이하에서는 이렇게 제작된 안테나(10)의 성능을 실험한 결과를 설명한다.

먼저, 제작된 안테나(10)의 주파수 특성을 나타내보인 도 2를 통해 알 수 있는 바와 같이 2.4 내지 2.5GHz 대역 이외의 하모닉 주파수는 거의 제거된 것으로 나타남을 알 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 보조 공진부(16)의 저임피던스 선로를 통해 방사체(15)의 수직방향으로 전파가 방사되며 이득은 2dBi를 갖는다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 안테나(10)는 ISM 대역인 2.4 내지 2.5GHz 에서 사용할 수 있으면서 하모닉 주파수에 대한 유입 및 유출이 억제된다.

11: 기판 12: 메인 급전부
13: 급전선로 15: 방사체
16: 보조공진부 20: 접지면

Claims

유전체 소재로 된 기판과;
상기 기판 상면의 중앙부분에 사각 형태로 형성된 메인 급전부와;
상기 메인 급전부의 일단에서 상기 메인 급전부의 폭보다 좁은 폭으로 연장된 급전선로와;
상기 급전선로의 종단에서 상기 급전선로보다 넓은 폭으로 사각 형태로 상기 기판 상면에 형성된 방사체와;
상기 기판 상면에 상기 메인 급전부가 이격되게 삽입되는 삽입홈이 상기 급전선로와 대향되는 방향에 형성된 접지면과;
상기 급전선로의 중간부분에서 상기 급전선로의 연장방향과 직교하는 방향을 따라 연장된 제1수평부분과, 상기 제1수평부분의 종단에서 상기 급전선로의 연장방향과 나란한 방향을 따라 연장되어 상기 접지면에 접속된 제1수직부분을 갖는 보조 공진부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 ISM대역용 소형 안테나.
제1항에 있어서, 상기 접지면은 상기 삽입홈이 내측으로 인입되게 사각 형상으로 형성되어 있고, 상기 보조 공진부의 폭은 상기 급전선로의 폭보다 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 ISM대역용 소형 안테나.
제2항에 있어서, 상기 급전선로는 상기 기판의 길이방향의 중심선을 따라 형성되어 있고, 상기 접지면과 상기 방사체는 상기 급전선로의 연장방향을 기준으로 상기 급전선로의 연장방향에 직교하는 방향에 대해 대칭되는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 ISM대역용 소형 안테나.
제3항에 있어서, 상기 기판은 테프론 소재로 형성되고, 상기 급전선로의 폭은 0.4mm, 길이는 6.8mm, 상기 방사체의 폭은 15mm, 길이 6mm, 상기 메인 급전부의 폭은 2mm, 길이 5mm이고, 상기 삽입홈과 상기 메인 급전부의 측면과의 이격폭은 0.4mm, 상기 삽입홈과 상기 메인 급전부의 타단과의 이격폭은 2mm, 상기 보조공진부의 폭은 0.2mm, 상기 수평부분의 길이는 7.1mm, 상기 수직부분의 길이는 3mm이고, 상기 접지면의 폭은 60mm 길이는 60mm인 것을 특징으로 하는 ISM대역용 소형 안테나.