KR101557765B1 - Compact MIMO Antennas with the Metamaterial Zeroth-Order-Resonance Electric-Field Distribution for Higher Antenna-Integration and Lower Interference, and Array Structures. - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 다중입출력(MIMO-Multiple Input Multiple Output)과 소형 기지국 시스템 개발에 적합한 새로운 소형 메타재질구조 안테나와 그의 다중 배치에 대한 장치기술로, 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나는 평판형의 오른손전송부(RH) 및 상기 오른손전송부(RH)와 갭(Gap) 결합되는 왼손전송부(LH)를 포함하며, 상기 왼손전송부(LH)는 개방형 링 형태의 머쉬룸 구조인 것을 기술적 특징으로 하며, 이를 통해 단위안테나의 다이버시티 이득과 MIMO 통신용 안테나의 직접도를 향상시키고, 단위안테나를 다중 배치 시, 인접 요소간의 간섭을 저감시킬 수 있는 기술적 효과를 기대할 수 있다.The present invention relates to a new compact meta-material structure antenna suitable for the development of a MIMO-Multiple Input Multiple Output (MIMO-Multiple Input Multiple Output) system and a multi- (LH) coupled with a right hand transmission part (RH) of the left hand transmission part (RH) and a right hand transmission part (RH), and the left hand transmission part (LH) is an open ring type mushroom structure. The diversity gain of the unit antenna and the directivity of the antenna for MIMO communication are improved by this, and a technical effect of reducing the interference between adjacent elements when the unit antennas are arranged in multiple can be expected.
Description
본 발명은 다중입출력(MIMO-Multiple Input Multiple Output)과 소형 기지국 시스템 개발에 적합한 새로운 소형 메타재질구조 안테나와 그의 다중 배치에 대한 장치기술로 더 상세하게는 시스템 용량 및 최대 전송속도를 높이는 MIMO 시스템에 장착되는 개별 방사체의 성능을 향상시키고, 방사체를 다중 배치 시 인접요소간의 간섭이 최소화 가능한 0.25파장보다 작으면서도 성능을 만족할 수 있는 소형 안테나에 관한 것이다.
The present invention relates to a new small meta material structure antenna suitable for the development of MIMO-MIMO and small base station systems, and a device technology for multi-placement thereof, and more particularly to a MIMO system for increasing system capacity and maximum transmission rate To a small antenna which improves the performance of the individual emitters to be mounted and can satisfy the performance while being smaller than 0.25 wavelength which enables interference between adjacent elements to be minimized in the multiple emitters.
차세대 이동통신에서는 현재 서비스되고 있는 4G 시스템이 요구하는 전송 용량보다 더욱 높은 전송 용량을 요구함에 따라서, 대용량의 무선 자원 요구에 따라 WLAN, 펨토셀(Femto-cell) 등의 소형셀이 등장하고 있으며, 이러한 소형셀을 모두 유선 광케이블로 연결하는 데는 한계가 있으므로 Massive MIMO와 고용량의 무선 백홀 구성이 필요하게 되었다. In the next generation mobile communication, a smaller cell such as a WLAN, a femtocell (femtocell) is emerging in response to a demand for a large capacity of radio resources, because a higher transmission capacity is required than a transmission capacity required by a 4G system currently being serviced. Massive MIMO and high capacity wireless backhaul construction are needed because there is a limit to connecting all small cells to wired optical cable.
이에 따라, 거점노드와 분산노드 그룹이 무선으로 연결된 고용량 백홀망을 구성하여 시간축과 주파수축을 넘어 공간적 이득을 극대화하기 위해 적응빔 형성 및 편파 다중화/다이버시티 안테나 또는 요소 방사체가 필요하다. Accordingly, an adaptive beamforming and polarization multiplexing / diversity antenna or element radiator are required to maximize the spatial gain over the time axis and the frequency axis by constructing a high capacity backhaul network in which the base node and the distributed node group are connected wirelessly.
실제 다이버시티와 다중화 이득을 얻기 위해서는 적어도 1/2파장 정도의 거리에서 최소 2개 이상의 안테나가 집적되어야 하는데 종래 반파장 공진 계열인 다이폴-모노폴-슬랏 방사체와 1*파장 공진 계열인 루프 안테나를 미앤더링하거나 칩 소자로 장하하는 기법으로는 1/2파장 안에 두 개 이상의 안테나들을 장착하기 힘든 문제점이 있다.In order to obtain the actual diversity and multiplexing gain, at least two or more antennas should be integrated at a distance of at least a half wavelength, and a loop antenna which is a dipole-monopole-slot radiator and a 1 * There is a problem in that it is difficult to mount two or more antennas within a half wavelength by a technique of adding or attaching with a chip device.
왜냐하면, 종래의 소형화 기법에 의한 안테나 방사체들은 크기 때문에 두 개 이상 다중 배치를 할 경우 요소 간 간섭이 생기고 간섭계수가 |S21|>-8dB가 되어 안테나 원래의 성능이 사라져 버리기 때문이다.This is because the size of the antenna emitters according to the conventional miniaturization technique is large, so that when two or more antennas are arranged in multiple, inter-element interference occurs, and the number of interferences becomes | S 21 |> -8 dB.
이를 해결하기 위해 다중 배치된 요소 간의 간섭을 줄이면서 개별 요소의 원래 성능을 최대한 유지하기 위해 0.25파장 이하에서 방사가 일어나는 비주기형 메타재질구조 0차 공진 전기장을 구조상에서 발생시켜야만 한다.To solve this problem, it is necessary to generate a zero resonant electric field in the non-prismatic metamaterial structure which emits radiation below 0.25 wavelength in order to keep the original performance of the individual elements to the maximum while reducing the interference between the multiple arranged elements.
일반적으로 0차 공진을 유도하기 위해 오른손 전송(Right-handed, RH)구조에 왼손 전송(Left-handed, LH) 구조를 결합하여 에너지가 CRLH(Composite Right and Left Handed)구조상에서 동일한 위상벡터로 진동하도록 하는데, 종래 CRLH 0차 공진기는 [도 13]에 도시된 바와 같이, 직렬 LR, CL 과 병렬 CR, LL 로 구성되어 있으며, 직렬 인덕턴스(LR)와 병렬 커패시턴스(CR)가 위상지연성 오른손 전송(RH) 특성을 나타내고, 직렬 커패시턴스(CL)와 병렬 인덕턴스(LL)가 위상선도성 왼손 전송(LH) 특성을 나타내며, 각각의 RH, LH 특성에 의해 차단 주파수가 결정되어 통과대역이 형성된다. In general, the left-handed (LH) structure is combined with the right-handed (RH) structure to induce the 0th order resonance so that the energy oscillates in the same phase vector on the CRLH (Composite Right and Left Handed) The conventional CRLH 0th order resonator is composed of series L R and C L and parallel C R and L L as shown in FIG. 13, and the series inductance L R and the parallel capacitance C R are expressed by [ (C L ) and parallel inductance (L L ) exhibit phase-induced left-handed transmission (LH) characteristics, and the cut-off frequency is determined by the respective RH and LH characteristics And a pass band is formed.
또한, LR, CL 에 의해 직렬공진(ωse), CR, LL에 의해 병렬공진(ωsh)이 일어나게 된다. 이 두 주파수가 서로 다를 경우에는 Unbalanced 형태로 Bandgap이 형성되어 차단대역 특성이 나타나고, 서로 같을 경우에는 balanced 형태가 된다.Further, the parallel resonance is to occur (ω sh) by a series resonance (ω se), C R, L R L by L, C L. If the two frequencies are different from each other, the unbalanced bandgap is formed and the blocking band characteristics are shown.
또한, CRLH 전송선로 전체의 위상속도(βtotal)는 [수학식 5]에 기재된 바와 같이, RH영역의 위상속도(βR)와 LH의 위상속도(βL)의 합에 의해 결정되며 LH영역의 위상속도는 음의 부호를 가지게 된다. The total phase velocity β total of the CRLH transmission line is determined by the sum of the phase velocity β R of the RH region and the phase velocity β L of the LH region as described in Equation (5) The phase velocity of the signal has a negative sign.
만약 RH의 위상과 LH의 위상이 크기가 같고 반대부호가 되게 설계되어 전체의 위상속도(βtotal)가 0의 값을 가지게 되면 0차 공진(zeroth order resornance)이 발생하게 되고, βtotal=0 인 경우 파장이 주파수 파장에 관계없이 전자파 전송에 따른 위상지연이 발생하지 않는다. If the RH phase and the LH phase are designed to have the same magnitude and opposite sign, if the total phase velocity β total has a value of 0, a zeroth order reso- nance will occur and β total = 0 The phase lag due to the electromagnetic wave transmission does not occur regardless of the wavelength of the wavelength.
따라서 위상이 같아지게 되고, 전송선 및 공진기 전체에 걸쳐 동위상을 가지게 되며, 이 모드의 공진 주파수는 CRLH 전송선로를 구성하는 리액턴스 성분들이 결정을 하므로 안테나의 길이에 의존하지 않게 된다. Therefore, the phase becomes the same, and the phase of the resonator becomes the same throughout the transmission line and the resonator. The resonance frequency of this mode does not depend on the length of the antenna because the reactance components constituting the CRLH transmission line are determined.
또한, 물리적인 길이에 상관없이 같은 변화를 가지는 전계와 자계의 형성이 가능하며 이는 부품의 소형화 및 새로운 특성을 가질 수 있는 방법이 된다. In addition, it is possible to form an electric field and a magnetic field having the same change irrespective of the physical length, which is a method of miniaturizing a part and having new characteristics.
한편, [도 14]는 기존의 주기적 메타재질구조 안테나인 머쉬룸 연속체결형 안테나로 [도 14]의 (a) 와 (b)는 배열 접합만 다를 뿐, 머쉬룸 구조를 갖는다. [도 14]의 (a)에서는 각각의 단락핀이 각각의 패치를 지지하는 형태를 갖고 있고, [도 14]의 (b)에서는 다수의 단락핀이 하나의 패치를 지지하는 형태를 갖고 있다. 여기서, 머쉬룸 구조는 그 구조의 모양이 버섯과 유사하여 지칭한 것으로서, [도 14]에서 패치는 버섯의 갓(상부)에 대응하고, 단락핀은 버섯의 자루(하부)에 대응하는 구조를 갖는다. 종래의 머쉬룸 구조는 대한민국 공개특허 공보 제10-2011-0060389호(2011. 06. 08)에 기재된 바와 같이, 주기적일 때만 0차 공진이 발생하여, 크기가 커서 MIMO용으로 부적합한 문제점이 있다.FIG. 14 is a perspective view of a conventional marshall continuous type antenna. FIG. 14 (a) and FIG. 14 (b) have a mushroom structure, which is different from that of FIG. In Fig. 14 (a), each shorting pin supports each patch. In Fig. 14 (b), a plurality of shorting pins support one patch. Here, the structure of the mushroom is similar to the structure of the mushroom, and in FIG. 14, the patch corresponds to the upper part of the mushroom, and the shorting pin corresponds to the lower part of the mushroom. As described in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0060389 (May 2011, June 08, 2011), the conventional mushroom structure has a problem in that zero-order resonance occurs only at a periodic time and is large and thus unsuitable for MIMO.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나의 목적은 평판형 역F 안테나 형태의 오른손전송부 및 링 머쉬룸 형태의 왼손전송부를 갭(Gap) 결합하여, 0차 공진형 전기장 분포를 형성하는 소형 안테나를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a zero-order resonance small antenna according to the present invention, in which a right hand transmission unit in the form of a planar inverted F antenna and a left hand transmission unit in the form of a ring- ) To form a zero-order resonance type electric field distribution.
본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나의 목적은, 평판형 역F 안테나 형태의 오른손전송부 및 링 머쉬룸 형태의 왼손전송부를 갭(Gap) 결합된 단위안테나를 다중 배치하여, 인접 요소 간의 간섭을 저감하는 MIMO/기지국/중계기용 소형 안테나를 제공하는데 있다.
The object of the present invention is to provide a miniaturized zero-order resonant antenna in which a unit antenna coupled with a gap-coupled unit of a right hand transmission unit in the form of a planar inverted F antenna and a left hand transmission unit in the form of a ring mushroom, And a small antenna for a MIMO / base station / repeater that reduces interference between antennas.
본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나는 평판형의 오른손전송부(RH) 및 상기 오른손전송부(RH)와 갭(Gap) 결합되는 왼손전송부(LH)를 포함하며, 상기 왼손전송부(LH)는 개방형 링 형태의 머쉬룸 구조인 것을 특징으로 한다.The 0th order resonant small antenna according to the present invention includes a flat right hand transmission part RH and a left hand transmission part LH which is gapped with the right hand transmission part RH, ) Is characterized by being an open ring type mushroom structure.
또한, 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 오른손전송부는 평판 형태의 패치 및 상기 패치의 일측에 수직으로 결합되어 접지부와 연결된 오른손단락핀으로 구성된 주 방사체와 상기 패치의 하부와 연결된 급전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the 0th-order resonant small antenna according to the present invention, the right-hand transmitting portion includes a main radiating element composed of a patch-like patch and a right-hand shorting pin vertically coupled to one side of the patch and connected to the ground, And all of them.
또한, 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 왼손전송부는 양측이 직각으로 절곡된 U자 형태의 도전체 및 상측이 상기 도전체의 하부에 연결되고, 하부가 접지부와 연결된 왼손단락핀을 포함하며, 상기 도전체는 절곡된 양측 링이 간격이 상기 패치의 타측과 갭 결합 할 수 있는 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.
In the 0th-order resonant small-sized antenna according to the present invention, the left-hand transmission unit includes a U-shaped conductor having both sides bent at right angles, a left-hand short-circuit pin connected to the lower portion of the conductor, Wherein the conductor is formed in such a size that the bent two-side rings can be gap-coupled with the other side of the patch.
본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나는 평판형의 오른손전송부(RH) 및 개방형 링 형태의 머쉬룸 형태인 왼손전송부(LH)가 갭(Gap) 결합된 단위안테나가 복수 개로 구성되어, 대칭구조로 배치되는 것을 특징으로 한다.The zero order resonant small antenna of the multiple arrangement structure according to the present invention includes a plurality of unit antennas in which a flat right hand transmission part RH and a left hand transmission part LH which is an open ring type mushroom type are gap- And are arranged in a symmetrical structure.
또한, 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 단위안테나는 λ/2*λ/2 면적에 배치되며, 중앙에 4개의 단위안테나가 사각형으로 배치되며, 사각형의 모서리 외곽에 4개의 단위안테나가 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.In the 0th order resonant small antenna of the multiple arrangement structure according to the present invention, the unit antennas are arranged in an area of? / 2 *? / 2, four unit antennas are arranged in a square at the center, And four unit antennas are disposed.
또한, 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 단위안테나는 정사각형의 λ/2*λ/2 면적에 배치되며, 각 모서리에 3개의 단위안테나가 일정한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.Further, in the zero order resonant small antenna of the multiple arrangement structure according to the present invention, the unit antennas are arranged in a square? / 2 *? / 2 area, and three unit antennas are arranged at regular intervals .
또한, 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 단위안테나는 정사각형의 λ/2*λ/2 면적에 배치되며, 각 모서리의 중앙에 각각 단위안테나가 배치되며, 인접한 두 개의 단위안테나 사이에 사선 방향으로 단위 안테나가 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
In the 0th order resonant small antenna of the multiple arrangement structure according to the present invention, the unit antennas are arranged in a square? / 2 *? / 2 area, unit antennas are arranged at the center of each corner, And the unit antennas are disposed in the oblique direction between the unit antennas.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나의 목적은 평판형 역F 안테나 형태의 오른손전송부 및 링 머쉬룸 형태의 왼손전송부를 갭(Gap) 결합함으로써, 메타재질 구조의 0차 전자기 공진현상을 유도할 수 있으며, 나아가 안테나를 소형화함은 물론 방사체간 격리도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
As described above, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the related art. The object of the present invention is to provide a zero-order resonance small antenna, which is a planar inverted-F antenna type right hand transmitter and ring- By coupling the left-hand transmission portion with a gap, the zero-th order electromagnetic resonance phenomenon of the meta material structure can be induced, and furthermore, the antenna can be miniaturized and the degree of isolation between the radiators can be improved.
본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나의 목적은, 평판형 역F 안테나 형태의 오른손전송부 및 링 머쉬룸 형태의 왼손전송부를 갭(Gap) 결합된 단위안테나를 다중 배치하여, 적응빔 형성 및 전기장 편파 다중화/다이버시티 특성을 활용하여, 공간적 이득을 극대화할 수 있는 효과가 있다.An object of a zero order resonant small antenna of a multiple arrangement structure according to the present invention is to miniaturize a unit antenna coupled with a gap by coupling a right hand transmission part in the form of a planar inverted F antenna and a left hand transmission part in the form of a ring mushroom, And the electric field polarization multiplexing / diversity characteristic, the spatial gain can be maximized.
또한, 단위 안테나를 다중 배치함으로써, 시스템 용량 및 최대 전송속도를 증대시켜, MIMO/기지국/중계기용으로 적합한 소형 안테나를 제공할 수 있는 효과가 있다.
Further, by arranging the unit antennas in multiple, the system capacity and the maximum transmission rate can be increased, thereby providing a small antenna suitable for MIMO / base station / repeater.
도 1은 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 오른손전송부(RH)의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 왼손전송부(LH)의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 오른손전송부 및 왼손전송부의 갭결합을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나의 등가회로로서 RH부분과 LH)부분을 구분하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나의 메타재질구조 0차 공진 특성을 나타내는 분산도(Dispersion diagram).
도 6은 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나의 메타재질구조 0차 공진 특성을 나타내는 동일 방향 전기장 벡터(vector)의 분포도.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나의 제1실시예 내지 제4실시예를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나의 여덟 개 요소들의 각각의 반사손실(Sii, i=1,2,...8)성능과 근거리장 요소간 간섭량인 결합계수(Sij, i,j=1,2,...8, i
도 12는 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나 여덟 개 요소들의 각각의 동일 주파수(실시예에서 0차 공진점인 2 GHz)에서 원거리 방사패턴을 나타내는 도면.
도 13은 일반적인 메타재질 CRLH 공진기의 전기적 특성을 설명하기 위한 등가회로.
도 14는 종래 주기적 메타재질구조 안테나인 머쉬룸 연속체결형 안테나를 나타내는 도면. 1 is a view showing a structure of a right hand transmission portion RH in a zero order resonant small antenna according to the present invention.
Fig. 2 is a view showing a structure of a left-hand transmission section LH in a zero-order resonance small antenna according to the present invention. Fig.
FIG. 3 is a view showing a gap coupling between a right hand transmission part and a left hand transmission part in a zero order resonant small antenna according to the present invention. FIG.
Fig. 4 is an equivalent circuit of the 0th-order resonance small antenna according to the present invention, which is a view for distinguishing the RH portion and the LH portion.
5 is a dispersion diagram showing the 0th order resonance characteristic of the meta material structure of the 0th order resonant small antenna according to the present invention.
6 is a distribution diagram of the same direction electric field vector showing the 0th order resonance characteristic of the meta material structure of the 0th order resonant small antenna according to the present invention.
Figs. 7 to 10 are views showing first to fourth embodiments of a zero order resonant small antenna of a multiple arrangement structure according to the present invention. Fig.
11 is a graph illustrating the performance of each of the eight elements of the zero order resonant small antenna of the multi-position structure according to the present invention, the reflection loss (S ii , i = 1, 2, (S ij , i, j = 1, 2, ..., 8, i
12 is a diagram showing a far-field radiation pattern at the same frequency (2 GHz as the 0th order resonance point in the embodiment) of each of the eight elements of the 0th order resonant small antenna of the multi-layout structure according to the present invention.
13 is an equivalent circuit for explaining electrical characteristics of a general metamaterial CRLH resonator.
FIG. 14 is a view showing a conventional continuous meta-material structure antenna, a mushroom continuous fastening type antenna.
이하, 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나 및 그를 이용한 다중 배치 구조의 소형 안테나를 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a detailed description will be given of a zero order resonant small antenna according to the present invention and a small antenna having a multiple arrangement structure using the same.
본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나는 평판형의 오른손전송부(RH) 및 상기 오른손전송부(RH)와 갭(Gap) 결합되는 왼손전송부(LH)를 포함한다.The 0th order resonant small antenna according to the present invention includes a flat right hand transmission part RH and a left hand transmission part LH which is gapped with the right hand transmission part RH.
[도 1]은 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나의 오른손 전송부(RH, 20)의 구조를 나타내는 도면으로, 본 발명에 따른 오른손전송부(20)는 PIFA(Planar Inverted-F Antenna)와 유사한 형태로 평판 형태의 패치(20) 및 상기 패치(20)의 일측에 수직으로 결합되어 접지부(10)와 연결된 오른손단락핀(22)으로 구성된 주 방사체와 상기 패치(20)의 하부와 연결된 동축 급전부(22)로 구성된다.1 shows a structure of a right hand
이러한 본 발명에 따른 오른손전송부(20)의 구조는 주 방사체에 전류 경로에 의한 직렬 인덕턴스 성분과 안테나부와 접지부에 흐르는 전류 경로의 병렬 인덕턴스, 그리고 주 방사체와 접지부사이의 전계에 의한 병렬 커패시턴스 성분을 포함하며, PIFA와 유사한 형태로 형성되지만 일반적인 PIFA보다 작은 크기로 형성이 가능하다.The structure of the right
[도 2]는 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나에 있어서, 상기 오른손전송부(20)와 결합되는 왼손전송부(30)의 구조를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the structure of a left-
본 발명에 따른 상기 왼손전송부(30)는 링 머쉬룸 구조로, ㄷ-형 구조(또는 U형)의 도전체(31)와 상기 도전체(31)를 접지부(10)와 연결하는 적어도 하나 이상의 왼손단락핀(32)을 포함한다.The
이러한 왼손전송부(30)의 상기 도전체(31)는 절곡된 양측 링이 간격이 상기 상기 오른손전송부(20)의 상기 패치(21)의 타측을 수용할 수 있는 크기로 형성되며, [도 3]에 도시된 바와 같이, 상기 오른손전송부(20)와 결합 시, 갭(gap)에 의해 직렬 커패시턴스를 유도하고, 접지된 단락핀을 통해 병렬 인덕턴스를 유도하게 된다. The conductor (31) of the left-hand transfer unit (30) is formed in such a size that the bent two-side rings can accommodate the other side of the patch (21) of the right-hand transfer unit (20) 3, when coupled with the
[도 4]는 본 발명에 따른 오른손전송부(20)와 왼손전송부(30)의 갭 결합에 따른 단위안테나(50)의 전기회로 요소를 대응시킨 등가회로를 나타내는 도면으로, 오른손전송부(20)의 직렬 인덕턴스(Inductance, Lseries)와 병렬 커패시턴스(Capacitance, Cshunt)와 왼손전송부(30)의 직렬 커패시턴스(Cseries)와 병렬 인덕턴스(Lshunt)를 조절함으로써, 메타재질(metamaterial)구조의 0차 전자기 공진현상을 유도할 수 있는 것이다.
4 is a diagram showing an equivalent circuit corresponding to electric circuit elements of the
[도 5]는 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나의 메타재질구조 0차 공진 특성을 나타내는 분산도(Dispersion diagram)로 본 발명의 실시예에서는 2 GHz에서 전파상수가 0이 되는 0차 공진 특성을 띠고 2GHz를 중심으로 낮은 주파수 대역에서는 LH 특성이, 높은 주파수에서는 RH 특성이 나타나게 되는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 5 is a dispersion diagram showing a 0th order resonance characteristic of a meta material structure of a 0th order resonant small antenna according to the present invention. In the embodiment of the present invention, the 0th order resonance characteristic in which the number of propagation phases is zero at 2 GHz It can be seen that the LH characteristic appears at a low frequency band around 2 GHz, and the RH characteristic appears at a high frequency.
[도 6]은 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나의 메타재질구조 0차 공진 특성을 나타내는 동일 방향 전기장 벡터(vector)의 분포도로, 안테나 전 구간에서 같은 방향의 전계를 가지는 것을 확인할 수 있는데, 이는 안테나 전체에 걸쳐 동 위상을 가지게 됨을 뜻하는 것이다.6 is a distribution diagram of the same direction electric field vector showing the 0th order resonance characteristic of the meta material structure of the 0th order resonant small antenna according to the present invention, This means that it will have the same phase throughout the antenna.
따라서 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나는 물리적인 길이에 제한받지 않고 공진발생이 가능하며 이는 부품의 소형화 및 새로운 특성을 가질 수 있는 것이다.Therefore, the zero order resonant small antenna according to the present invention can generate resonance without being limited by its physical length, which enables miniaturization of components and new characteristics.
이러한 본 발명에 따른 0차 공진 소형 안테나는 배열 형태를 확장하여, 작은 방사구조 크기로 MIMO/기지국/중계기 안테나에 필적하는 이득과 방향성을 얻을 수 있는 전자파 방사 시스템에 이용 가능하다.
The 0th order resonant small antenna according to the present invention can be used in an electromagnetic wave radiation system which can expand the arrangement and obtain gain and direction comparable to MIMO / base station / repeater antennas with a small radiation structure size.
본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나를 설명하면 다음과 같다. The 0th order resonant small antenna of the multiple arrangement structure according to the present invention will now be described.
본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나는 평판형의 오른손전송부(20) 및 개방형 링 형태의 머쉬룸 형태인 왼손전송부(30)가 갭(Gap) 결합된 단위안테나(50)가 복수 개로 구성되어, 대칭구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.
The zero order resonant small antenna of the multiple arrangement structure according to the present invention includes a
[도 7] 내지 [도 10]은 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나에 관한 제1실시예 내지 제4실시예를 나타내는 도면으로, 본 발명의 실시예에서는 단위안테나를 17mm*17mm*10mm로 구성하고, λ/2*λ/2 면적인 75mm*75mm에 배치하였다.7 to 10 are views showing first through fourth embodiments of a zero order resonant small antenna of a multiple arrangement structure according to the present invention. In the embodiment of the present invention, 17 mm * 10 mm, and arranged at 75 mm * 75 mm, which is an area of? / 2 *? / 2.
[도 7]은 제1단위안테나 내지 제4단위 안테나를 배치면의 상부 양측 및 하부 양측에 사선 방향으로 각각 배치하고, 중앙에 제5단위안테나 내지 제8단위안테나를 사각형으로 다중 배치한 것으로, Massive MIMO platform 역할을 할 수 있도록 하였다.[Fig. 7] shows that first to fourth unit antennas are arranged obliquely on both sides of the upper and lower sides of the arrangement plane, and the fifth unit antenna to the eighth unit antenna are arranged in a square in the center, Massive MIMO platform.
이밖에도 [도 8] 및 [도 9]에 도시된 바와 같이, 배치면의 각 모서리의 중앙에 각각 단위안테나가 배치되며, 인접한 두 개의 단위안테나 사이에 사선 방향으로 단위 안테나가 각각 배치되도록 하거나, [도 10]에 도시된 바와 같이 배치면의 상부 및 하부에 3개의 단위안테나가 일정한 간격으로 배치되고, 중앙부 양측에 단위안테나가 일정 간격으로 각각 배치되도록 하고, 왼손전송부의 도전체의 길이 및 왼손단락핀의 개수도 증가시키는 등 다양한 형태로 단위안테나를 다중 배치할 수 있는 것이다.In addition, as shown in Figs. 8 and 9, the unit antennas are disposed at the centers of the corners of the placement surface, the unit antennas are arranged in the oblique direction between the adjacent two unit antennas, As shown in FIG. 10, three unit antennas are arranged at regular intervals on the upper and lower sides of the arrangement surface, unit antennas are arranged on both sides of the center at regular intervals, and the length of the conductor of the left- The number of pins can be increased, and the unit antennas can be arranged in various forms.
이러한 본 발명의 실시예에서 상기 단위안테나는 모두 대칭으로 설계되며, 편파분리를 위해서 인접한 안테나들 간의 배치방향을 달리하였으며, 0차 공진모드가 2GHz에 발생하도록 하였다.
In the embodiment of the present invention, all of the unit antennas are designed to be symmetrical. In order to separate polarized waves, the arrangement directions of adjacent antennas are different from each other, and the 0th order resonance mode occurs at 2 GHz.
[도 11]은 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나의 제1실시예에 있어서, 여덟 개 단위안테나들의 각각의 반사손실(Sii, i=1,2,...8)성능과 근거리장 요소간 간섭량인 결합계수(Sij, i,j=1,2,...8, i
11 is a graph showing the performance of the return loss (S ii , i = 1, 2, ... 8) of each of the eight unit antennas and the near- the coupling factor between the
[도 12]는 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나의 제1실시예에서 여덟 개 요소들의 각각의 동일 주파수(실시예에서 0차 공진점인 2 GHz)에서 원거리 방사패턴을 나타내는 도면으로, 0차 공진에서의 최저이득은 3 dB 이상, 효율은 50 % 이상이다. 따라서 추가 튜닝에 의해 성능향상을 기대할 수 있다.
12 is a diagram showing a long-distance radiation pattern at the same frequency of each of eight elements in the first embodiment of the zero-order resonance small-sized antenna according to the present invention (in the embodiment, the 0th order resonance point is 2 GHz) , The minimum gain in the 0th order resonance is 3 dB or more, and the efficiency is 50% or more. Therefore, performance can be expected to be improved by additional tuning.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나는 평판형 역F형태의 오른손전송부와 개방형 링 머쉬룸 형태의 왼손전송부를 갭 결합한 단위안테나를 다중 배치함으로써, 적응빔 형성 및 전기장 편파 다중화/다이버시티 특성을 활용하여, 공간적 이득을 극대화할 수 있는 효과를 누릴 수 있는 것이다.As described above, the zero order resonant small antenna of the multiple arrangement structure according to the present invention has a structure in which a unit antenna in which the right hand transmission portion of the planar inverted F shape and the left hand transmission portion of the open ring mushroom type are gap- And the electric field polarization multiplexing / diversity characteristic, the spatial gain can be maximized.
더불어, 시스템 용량 및 최대 전송속도를 증대시켜, MIMO/기지국/중계기용으로 적합한 소형 안테나를 제공할 수 있는 것이다.
In addition, the system capacity and maximum transmission rate can be increased to provide a small antenna suitable for MIMO / base station / repeater.
이상 본 발명의 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 0차 공진 소형 안테나 및 그를 이용한 다중 배치 구조의 소형 안테나로 구현할 수 있다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. The scope of the present invention is defined by the following claims. Can be implemented.
10 : 접지부
20 : 오른손전송부
21 : 패치
22 : 오른손단락핀
23 : 동축 급전부
30 : 왼손전송부
31 : 도전체
32 : 왼손단락핀
50 : 단위안테나10:
20: Right hand transmission part
21: Patch
22: Right hand shorting pin
23: Coaxial power supply
30: Left hand transmission part
31: conductor
32: Left hand shorting pin
50: unit antenna
Claims (9)
상기 오른손전송부(RH)와 갭(Gap) 결합되는 왼손전송부(LH)를 포함하여, 동일한 방향으로 전기장을 형성하고,
상기 왼손전송부(LH)는 개방형 링 형태의 머쉬룸 구조이며,
상기 오른손전송부는,
평판 형태의 패치 및 상기 패치의 일측에 수직으로 결합되어 접지부와 연결된 오른손단락핀으로 구성된 주 방사체와 상기 패치의 하부와 연결된 동축 급전부를 포함하고
상기 왼손전송부는,
양측이 직각으로 절곡된 U자 형태의 도전체 및 상측이 상기 도전체의 하부에 연결되고, 하부가 접지부와 연결된 왼손단락핀을 포함하며,
상기 도전체는,
절곡된 양측 링이 간격이 상기 패치의 타측과 갭 결합 할 수 있는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 0차 공진 소형 안테나.
The flat plate type right hand transmission portion (RH)
(LH) coupled to the right hand transmission part (RH) to form an electric field in the same direction,
The left-hand transmission unit (LH) is an open ring-shaped mushroom structure,
The right-
And a coaxial feeding part connected to a lower part of the patch, the main radiating part being composed of a flat plate type patch and a right hand shorting pin vertically coupled to one side of the patch and connected to the ground part
The left-
A U-shaped conductor having both sides bent at right angles, and a left-handed short-circuiting pin connected to the lower portion of the conductor and having a lower portion connected to the grounding portion,
The conductor
Wherein the folded side rings are formed in such a size that the gap can be gap-coupled with the other side of the patch.
상기 오른손전송부는,
주 방사체의 전류 경로에 따른 직렬 인덕턴스 성분;
주 방사체와 접지부에 흐르는 전류 경로에 따른 병렬 인덕턴스 성분 및
주 방사체와 접지부 사이의 전계에 의한 병렬 커패시턴스 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 0차 공진 소형 안테나.
The method according to claim 1,
The right-
A series inductance component along the current path of the main radiator;
The parallel inductance component according to the current path passing through the main radiator and the ground, and
And a parallel capacitance component due to an electric field between the main radiating element and the grounding part.
상기 왼손전송부는,
상기 도전체와 상기 패치의 결합 시, 갭에 의해 직렬 커패시턴스가 유도되고, 상기 왼손단락핀을 통해 병렬 인덕턴스를 발생되는 것을 특징으로 하는 0차 공진 소형 안테나.
5. The method of claim 4,
The left-
Wherein when the conductor and the patch are coupled, a series capacitance is induced by a gap, and a parallel inductance is generated through the left-handed short-circuiting pin.
A flat plate type right hand transmission portion RH and an open ring type mushroom type left hand transmission portion LH are gapped to form a plurality of unit antennas that form an electric field in the same direction, Order resonant small-sized antenna of a multi-layout structure.
상기 단위안테나는,
λ/2*λ/2 면적에 배치되며, 상부 양측 및 하부 양측에 사선 방향으로 각각 단위 안테나가 배치되고, 중앙에 4개의 단위안테나가 사각형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나.
The method according to claim 6,
The unit antenna includes:
a unit antenna is arranged in an area of? / 2 *? / 2, and a unit antenna is disposed in an oblique direction on both sides of the upper and lower sides, and four unit antennas are arranged in a square in the center. Small antenna.
상기 단위안테나는,
정사각형의 λ/2*λ/2 면적에 배치되며, 상부 및 하부에 3개의 단위안테나가 일정한 간격으로 배치되고, 중앙부 양측에 단위안테나가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나.
The method according to claim 6,
The unit antenna includes:
And the unit antennas are disposed on both sides of the central portion, wherein three unit antennas are disposed at upper and lower portions at regular intervals, and the unit antennas are disposed at both sides of the central portion. antenna.
상기 단위안테나는,
정사각형의 λ/2*λ/2 면적에 배치되며, 각 모서리의 중앙에 각각 단위안테나가 배치되며, 인접한 두 개의 단위안테나 사이에 사선 방향으로 단위 안테나가 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 배치 구조의 0차 공진 소형 안테나.
The method according to claim 6,
The unit antenna includes:
And the unit antennas are disposed in the center of each of the corners and the unit antennas are disposed in an oblique direction between the adjacent two unit antennas. 0th order resonance small antenna.
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| 장건호, 강승택, "직각 링과 용량성 결합된 마이크로스트립 패치 구조의 새로운 2차원 메타재질 구조 CRLH 0차 공진 안테나 설계", 한국전자파학회논문지 제21권 제2호 (2010년2월) |
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