KR101627942B1 - 마이크로스트립 패치 안테나 - Google Patents

마이크로스트립 패치 안테나 Download PDF

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KR101627942B1
KR101627942B1 KR1020140180225A KR20140180225A KR101627942B1 KR 101627942 B1 KR101627942 B1 KR 101627942B1 KR 1020140180225 A KR1020140180225 A KR 1020140180225A KR 20140180225 A KR20140180225 A KR 20140180225A KR 101627942 B1 KR101627942 B1 KR 101627942B1
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김철영
이현승
이은규
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충남대학교산학협력단
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    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
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    • H01Q13/085—Slot-line radiating ends

Abstract

본 발명의 마이크로스트립 패치 안테나는, 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 상면 혹은 타면에 위치하고 외부로 전자기파를 방사하는 방사 패치 및 상기 방사 패치의 일 지점과 연결되어 상기 방사 패치에 전력을 공급하는 급전선을 포함하며, 상기 급전선의 일 지점에 오픈 스터브가 마련되는 것을 특징으로 한다.
그로 인해 대역저지 필터를 삽입하면서도 렉테나의 크기가 커지지 않도록 하여 종래에 비해 렉테나를 소형화시키는 기술을 제공한다.

Description

마이크로스트립 패치 안테나{MICROSTRIP PATCH ANTENNA}
본 발명은 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것이다.
최근, 휴대용 디바이스의 사용이 보편화되고 통신기술이 일반화되면서 회로의 소형화에 걸림돌이 되고 있는 배터리와 전원 코드 문제를 해결하고, 전원 공급과 배터리 충전을 무선으로 실현하려는 연구와 언제 어디서나 이용할 수 있는 유비쿼터스 센서의 전원 공급을 위한 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
특히, 미래 사회의 10대 유망기술 중 하나로서 무선 전력 전송 기술이 많은 주목을 받고 있다. 무선 전력 전송에 사용되는 렉테나(Rectenna)는 정류회로(Rectifier)와 안테나(Antenna)의 합성어로서, RF 신호를 받아들이는 안테나와 정류 다이오드, 부하 저항 등으로 구성되며, 안테나에 입사된 RF 전력을 정류회로를 통해 DC 전력으로 변환해주는 소자를 말하며, 대한민국 등록특허공보 제10-0792256호 및 등록실용신안공보 제20-0314273호에는 이러한 렉테나에 대한 기술이 제시된 바 있다.
렉테나는 RF-to-DC 변환효율(Conversion efficiency)이 중요한 파라미터가 되고, 이를 늘리기 위한 방안이 지속적으로 연구되고 있다. 렉테나의 변환효율을 개선하기 위해서는 RF 전력을 DC 전력으로 변환할 때 다이오드의 비선형성에 의해 생성될 수 있는 고조파 성분이 다시 안테나를 통해 재방사되는 것을 차단할 필요가 있었다.
따라서 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 렉테나를 구성하는 마이크로스트립 패치 안테나와 다이오드 사이에 고조파 차단 필터를 삽입하였다. 하지만, 고조파 차단 필터를 안테나와 다이오드의 사이에 삽입함으로 인해 렉테나의 크기가 커진다는 단점이 존재했다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고조파 차단 필터를 삽입하면서도 렉테나의 크기가 커지지 않도록 하여 종래에 비해 렉테나를 소형화시키는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 과제로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 또 다른 기술적 과제들은 후술할 내용으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 상면 혹은 타면에 위치하고 외부로 전자기파를 방사하는 방사 패치 및 상기 방사 패치의 일 지점과 연결되어 상기 방사 패치에 전력을 공급하는 급전선을 포함하며, 상기 급전선의 일 지점에 오픈 스터브가 마련될 수 있다.
상기 오픈 스터브는, 상기 급전선의 일 지점에서 돌출되어 끝단이 마주하는 제 1 오픈 스터브와 제 2 오픈 스터브로 마련될 수 있다.
상기 제 1 오픈 스터브는, 상기 급전선의 일 지점에서 외측방향으로 돌출형성되는 제 1 돌출부 및 상기 제 1 돌출부의 끝단에서 길이방향으로 연장형성되는 제 1 연장부를 포함하고, 상기 제 2 오픈 스터브는, 상기 제 1 돌출부와 소정 거리 이격된 상기 급전선의 일 지점에서 돌출형성된 제 2 돌출부 및 상기 제 2 돌출부의 끝단에서 상기 제 1 연장부와 마주하는 방향으로 연장형성되는 제 2 연장부를 포함한다.
상기 제 1 연장부와 상기 제 2 연장부의 양 끝단 간격(G)이 상이하게 마련될 수 있다.
상기 제 1 연장부의 길이(L1)와 상기 제 2 연장부의 길이(L2)가 상이하게 마련될 수 있다.
상기 오픈 스터브는 복수개로 형성될 수 있다.
상기 마이크로스트립 패치 안테나는, 상기 급전선의 일부가 패터닝되어 상기 방사 패치에서 발생되는 고조파 성분을 제거하는 스퍼 라인을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 급전선의 일 지점에 형성된 오픈 스터브(open stub)와 급전선 상에 형성된 스퍼 라인(Spur Line)에 의해 방사 패치로부터 발생하는 특정 주파수 대역의 고조파 성분을 제거할 수 있다.
즉, 본 발명은 별도의 대역저지 필터를 연결할 필요가 없으므로 기존의 렉테나에 비해 렉테나의 크기를 소형화하고, 집적화가 용이한 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 렉테나 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 연장부 및 제 2 연장부 사이의 간격과 길이가 도시된 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 연장부의 길이와 제 2 연장부의 길이가 동일한 경우의 저지 대역 및 억압값이 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 1 연장부의 길이와 제 2 연장부의 길이가 상이한 실시예가 도시된 도면이다.
도 6은 제 1 연장부의 길이와 제 2 연장부의 길이가 상이한 경우의 저지 대역 및 억압값이 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예로, 제 1 연장부 및 제 2 연장부 간의 간격이 상이하게 마련되는 것이 도시된 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예로, 오픈 스터브가 복수개로 마련된 것이 도시된 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
본 발명의 마이크로스트립 패치 안테나(10)는 베이스 기판(100), 방사 패치(200), 급전선(300), 오픈 스터브(400), 스퍼 라인(500) 및 접지판(600)을 포함하여 구성될 수 있고, 이에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
베이스 기판(100)은 유전체 재질로 형성되며, 하면에 접지판(600)이 형성된 인쇄회로기판으로 구성될 수 있으며, 베이스 기판(100)의 유전상수와 유전체 손실 값은 당업자에 의해 자유로운 설계 변경이 가능하다.
방사 패치(200)는 베이스 기판(100)의 상면에 위치하고, 외부로 전자기파를 방사하거나 외부로부터 무선 신호를 수신한다. 방사 패치(200)는 인쇄회로 방식으로 베이스 기판(100)의 일면에 형성되거나 동박 등의 도전성 재질을 적절한 형상으로 제작하여 베이스 기판(100)의 일면에 부착할 수 있다.
아울러, 방사 패치(200)의 일 지점에 급전선(300)이 연결되고, 급전선(300)으로부터 전력을 공급받는다.
또한, 급전선(300)의 일 지점에서 돌출되어 오픈 스터브(400)가 형성되며, 끝단이 마주하는 제 1 오픈 스터브(410)와 제 2 오픈 스터브(420)를 포함한다.
제 1 오픈 스터브(410)는 제 1 돌출부(411)와 제 1 연장부(412)를 포함하고, 제 2 오픈 스터브(420)는 제 2 돌출부(421)과 제 2 연장부(422)를 포함하는 것으로 하여 설명하도록 한다.
도 2를 참조하여 설명하면, 급전선(300)의 일 지점에서 방사 패치(200)와 인접하는 방향으로 제 1 돌출부(411)가 연장형성되고, 상기 제 1 돌출부(411)와 소정의 거리로 이격되어 제 1 돌출부(411)의 연장형성되는 방향으로 제 2 돌출부(421)가 마련되고 있다.
이때, 본 발명의 실시예에서는 제 1 오픈 스터브(410)와 제 2 오픈 스터브(420)이 각각'┏', '┓'형상으로 마련되고 있으나, 실시하기에 따라 다른 형상으로 마련되는 것 또한 고려될 수 있다.
각각의 제 1 연장부(412) 및 제 2 연장부(422)는 제 1 돌출부(411)의 끝단 및 제 2 돌출부(421)의 끝단에서 서로 마주하는 방향으로 연장형성되며, 소정의 간격(G)을 가지도록 형성된다.
본 발명의 마이크로스트립 패치 안테나(10)는 제 1 연장부(412)의 길이(L1)와 제 2 연장부(422)의 길이(L2)는 저지 대역(억압 중심주파수) 및 저지 정도(억압값)를 결정하며, 상세하게는 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
제 1 연장부(412) 및 제 2 연장부(422)의 길이(L1, L2)가 연장되면 억압 중심 주파수가 낮아지며, 제 1 연장부(412) 및 제 2 연장부(422)의 길이(L1, L2)가 짧아지면 억압 중심주파수가 높아지게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 연장부(412)와 제 2 연장부(422)의 길이가 동일(L1 = L2)한 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 저지 대역이 좁으면서 억압값을 -30dB 이하로 크게 할 수 있다.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 연장부(412)와 제 2 연장부(422)의 길이가 서로 상이할 경우(L1 < L2), 도 6에 도시된 바와 같이 저지 대역이 도 4에 비해 넓어진 것을 알 수 있다.
한편, 도7에 도시된 바와 같이, 제 1 연장부(412)와 제 2 연장부(422)의 양 끝단 간격(G)을 상이하게 함으로써 (예를 들어, 제 1 연장부(412)와 제 2 연장부(422)의 양 끝단의 간격을 줄이거나(G1) 혹은 늘림(G2)) 억압 정도(억압값) 및 임피던스가 변한다.
즉, 양 끝단 간격(G)에 따라, 저지하고자 하는 저지 대역의 억압값이 결정된다. 예를 들면 양 끝단의 간격이 G2인 경우, 5 GHz 대역의 억압값은 -10dB이 되는 것을 의미한다..
실시하기에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 오픈 스터브(400)을 복수개로 형성함으로써, 저지 대역 특성을 향상시키는 것 또한 고려될 수 있다.
스퍼 라인(500)은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 급전선(300)의 일부가 패터닝되어 급전선(300)과 소정의 간격이 형성되어, 방사 패치(200)에서 발생되는 고조파 성분을 제거한다.
스퍼 라인(500)의 길이, 급전선(300)과의 간격 등을 조절하는 것은 당업자에 의해 자유로운 설계 변경이 가능하다.
따라서, 본 발명은 급전선(300)에 형성된 오픈 스터브(400)에 의해 특정 주파수 대역의 저지 특성을 갖출 수 있으며, 급전선(300)상에 형성되는 스퍼 라인(500)에 의해 방사 패치(200)로부터 발생하는 고조파 성분을 제거할 수 있다.
즉, 본 발명은 고조파 차단 필터가 안테나와 동일한 방향에서 직렬적으로 연결된 기존의 렉테나에 비해 렉테나의 크기를 소형화하고, 집적화가 가능하다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
10 : 마이크로스트립 패치 안테나
100 : 베이스 기판
200 : 방사 패치
300 : 급전선
400 : 오픈 스터브
410 : 제 1 오픈 스터브
411 : 제 1 돌출부 412 : 제 1 연장부
420 : 제 2 오픈 스터브
421 : 제 2 돌출부 422 : 제 2 연장부
500 : 스퍼 라인
600 : 접지판
G, G1, G2 : 제 1 오픈 스터브와 제 2 오픈 스터브의 간격
L1 : 제 1 오픈 스터브의 길이 L2 : 제 2 오픈 스터브의 길이

Claims (7)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판의 상면에 위치하고 외부로 전자기파를 방사하는 일 지점이 오목한 요(凹)형상의 방사 패치;
    상기 베이스 기판의 하면에 마련되는 접지판;
    상기 방사 패치의 요(凹)부와 연결되어 상기 방사 패치에 전력을 공급하는 급전선;
    상기 급전선의 일 지점에 형성되어 소정의 주파수 대역을 저지하는 특성을 가지는 오픈 스터브; 및
    상기 급전선의 일부가 패터닝되어 상기 방사 패치에서 발생되는 고조파 성분을 제거하는 스퍼라인;을 포함하며,
    상기 오픈 스터브는,
    상기 급전선의 일 지점에서 돌출되어 끝단이 마주하는 제 1 오픈 스터브와 제 2 오픈 스터브로 마련되되,
    상기 제 1 오픈 스터브는,
    상기 급전선의 일 지점에서 외측방향으로 돌출형성되는 제 1 돌출부; 및
    상기 제 1 돌출부의 끝단에서 길이방향으로 연장형성되는 제 1 연장부;를 포함하고,
    상기 제 2 오픈 스터브는,
    상기 제 1 돌출부와 소정 거리 이격된 상기 급전선의 일 지점에서 돌출형성된 제 2 돌출부; 및
    상기 제 2 돌출부의 끝단에서 상기 제 1 연장부와 마주하는 방향으로 연장형성되는 제 2 연장부;를 포함하며,
    상기 제 1 연장부와 상기 제 2 연장부의 양 끝단 간격(G), 제 1 연장부의 길이(L1) 혹은 상기 제 2 연장부의 길이(L2)를 조절하여 저지 대역의 억압값을 조절하며,
    상기 오픈 스터브 및 상기 스퍼라인은, 상기 방사 패치의 오목한 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 안테나.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 오픈 스터브는 복수개로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 안테나.
  7. 삭제
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KR20090118368A (ko) * 2008-05-13 2009-11-18 삼성전기주식회사 안테나

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