KR101744886B1 - 마이크로 스트립 패치 안테나 - Google Patents

마이크로 스트립 패치 안테나 Download PDF

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KR101744886B1
KR101744886B1 KR1020160095239A KR20160095239A KR101744886B1 KR 101744886 B1 KR101744886 B1 KR 101744886B1 KR 1020160095239 A KR1020160095239 A KR 1020160095239A KR 20160095239 A KR20160095239 A KR 20160095239A KR 101744886 B1 KR101744886 B1 KR 101744886B1
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microstrip patch
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이왕훈
신한재
한동철
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재단법인 구미전자정보기술원
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Abstract

마이크로 스트립 패치 안테나가 개시된다. 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나는, 테프론 유전체로 형성되는 제1기판; 제1기판 위에 형성되며, 신호를 방사하는 방사부; 방사부를 둘러싸도록 제1기판의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 소정 폭의 제1스루홀; 방사부가 형성된 제1기판 상에 적층되되, 방사부에 대응되는 제1홀과 제1스루홀에 대응되도록 형성된 제2스루홀이 형성된 제2기판; 방사부에 전류를 공급하는 급전부; 및 제1스루홀에 접속되는 접지부를 포함하되, 제1 및 제 2스루홀과 제1홀의 외면에 금속 도금층이 형성된다.

Description

마이크로 스트립 패치 안테나{A MICROSTRIP PATCH ANTENNA}
본 발명은 마이크로 스트립 패치 안테나에 관한 것이다.
안테나는 특정 영역 대의　전자기파를 송신 혹은 수신하기 위한 변환 장치로서, 라디오 주파수대의 전기 신호를 전자기파로 바꾸어 발신하거나 그 반대로 전자기파를 전기 신호로 바꾸는 역할을 한다.　안테나는 도체에 전류를 흐르게 하면 그 주위에 전자파가 방사되는 원리와 전자파가 전파되는 곳에 도체를 위치시켰을 때 그 도체에 유도 전류가 흐르는 원리를 이용한 것으로, 기하학적 모양에 따라 선(wire) 안테나, 개구면 안테나, 평면형 안테나, 방사판 안테나, 배열 안테나 등으로 분류한다. 다이폴 안테나, 루프 안테나, 헬리컬 안테나 등이 선 안테나에 해당되며, 혼(horn) 안테나, 파라볼라 안테나 등이 개구면 안테나에 해당되며, 패치 안테나, 평면 다이폴 안테나, 스파이럴 안테나 등이 평면형 안테나에 해당되며, 평면 반사판 안테나, 코너 반사판 안테나, 곡면 반사판 안테나 등이 반사판 안테나에 해당된다.
혼 안테나는 개구면 안테나의 일종으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 도파관의 선단을 나팔 모양으로 한 것으로, 도파관 단면이 점차적으로 넓어지며 도파관과 공간 간에 전자파 에너지가 방사 천이될 수 있게 한 구조로 이루어져 있다. 혼 안테나는 기계적인 구조가 간단하며 조정조작이 용이하고, 3000MHz 이상에서는 비교적 소형으로도 중간 정도의 지향성을 쉽게 얻을 수 있고, 주 빔 이외에 이차적인 빔이 없으며, 2:1 정도의 광대역성을 갖는다.
다음으로, 패치 안테나는 마이크로 스트립 패치 안테나라고도 하며, 도 16에 도시된 바와 같이, 접지(ground)판 상에 붙어 있는 저손실 유전체 기판 위에 금속 패치가 부착된 형태이다. 패치의 형태는 직사각형, 정사각형, 원형, 링 등의 형태이다. 패치 안테나는 동일 기판 위에 다른 마이크로 집적 회로(IC) 소자들과 쉽게 결합할 수 있어 휴대폰과 같은 밀리미터 대역의 소형 기기에 많이 사용한다. 패치 안테나는 인쇄 기판으로 제작하기 때문에 제작이 쉽고 회로와 함께 집적이 가능하며, 대량 생산에 적합하며 높이가 낮고 견고한 장점이 있는 반면, 대역이 좁고(공진 주파수의 약 10%정도) 이득이 낮다는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기존 패치 안테나의 협대역의 단점을 해결하고, 전송 효율, 이득 및 지향성을 향상시킬 수 있는 마이크로 스트립 패치 안테나를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 고이득, 고효율, 소형화, 배열화가 가능한 마이크로 스트립 패치 안테나를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하고자 본 발명의 일 실시형태에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나는, 테프론 유전체로 형성되는 제1기판; 상기 제1기판 위에 형성되며, 신호를 방사하는 방사부; 상기 방사부를 둘러싸도록 상기 제1기판의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 소정 폭의 제1스루홀; 상기 방사부가 형성된 제1기판 상에 적층되되, 상기 방사부에 대응되는 제1홀과 상기 제1스루홀에 대응되도록 형성된 제2스루홀이 형성된 제2기판; 상기 방사부에 전류를 공급하는 급전부; 및 상기 제1스루홀에 접속되는 접지부를 포함하되, 상기 제1 및 제 2스루홀과 상기 제1홀의 외면에 금속 도금층이 형성된다.
실시 예에 있어서, 상기 금속 도금층은 Ni/Au 층인 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 마이크로 스트립 패치 안테나는, 상기 제2기판 상에 적층되되, 상기 방사부에 대응되는 제2홀이 형성된 제3 기판을 더 포함하며, 상기 제2홀의 외면에 금속 도금층이 형성된 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 기존 패치 안테나의 협대역의 단점을 해결하는 마이크로 스트립 패치 안테나를 제공할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 안테나의 소형화를 유지하면서, 대역폭을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 간단한 공정으로 마이크로 스트립 패치 안테나를 제작 가능하며, 제작 비용을 절감할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제1기판을 설명하기 위한 도이다.
도 3a 내지 도 3c 는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제1기판 상에 형성되는 방사부를 설명하기 위한 도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제2기판을 설명하기 위한 도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제3기판을 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 금속층을 설명하기 위한 도이다.
도 7a 내지 도 7d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품의 조립 전과 후를 설명하기 위한 도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 위상 배열형 마이크로 스트립 패치 안테나를 설명하기 위한 도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 위상 배열형 마이크로 스트립 패치 안테나의 빔 방향성을 설명하기 위한 도이다.
도 11a 내지 도 11c 는 본 발명에 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품의 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시뮬레이션 결과이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 표면전류밀도에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 안테나 전계 분포에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도 15는 일반적인 혼 안테나의 사시도이다.
도 16은 일반적인 패치 안테나를 설명하기 위한 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴이나 타 구조물의 "위(on)"에, "아래(under)"에, 상측(upper)에, 또는 하측(lower)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)", "아래(under)", 상측(upper), 및 하측(lower)은 "직접(directly)" 또는 "다른 층, 또는 구조물을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있으며, 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 본 발명의 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 사시도이고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제1기판을 설명하기 위한 도이고, 도 3a 내지 도 3c 는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제1기판에 형성되는 방사부를 설명하기 위한 도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제2기판을 설명하기 위한 도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제3기판을 설명하기 위한 도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 금속층을 설명하기 위한 도이고, 도 7a 내지 도 7d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품 도면이고, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품의 조립 전과 후를 설명하기 위한 도이고, 도 9 는 본 발명에 따른 위상 배열형 마이크로 스트립 패치 안테나를 설명하기 위한 도이고, 도 10 은 본 발명에 따른 위상 배열형 마이크로 스트립 패치 안테나의 빔 방향성을 설명하기 위한 도이고, 도 11a 내지 도 11c 는 본 발명에 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품의 도면이고, 도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시뮬레이션 결과이고, 도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 표면전류밀도에 대한 시뮬레이션 결과이고, 도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 안테나 전계 분포에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도 1 내지 도 6을 통하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나(100)는 제1레이어(100a), 제2레이어(100b), 제3 레이어(100c), 제4레이어(100d)가 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 제1레이어(100a)는 제 1 기판을 의미한다. 제2레이어(100b)는 제1기판(100a) 상면에 형성되는 방사부를 포함하는 층이다. 제3레이어(100c)는 방사부가 형성된 제1기판(100a) 상부에 적층되는 제2기판을 의미한다. 제4레이어(100d)는 제3레이어(100c)에 해당되는 제2기판 상부에 적층되는 제3 기판을 의미한다. 상기 기판들은 테프론(Teflon) 유전체로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나는 기판을 테프론 소재로 형성함으로써 기존 패치 안테나의 협대역의 단점을 극복할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나(100)는 중앙부에 소정 규격의 홀(150)을 포함한다. 상기 홀(150)은, 이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술할 바와 같이, 마이크로 스트립 패치 안테나(100)의 제2기판(100c) 및 제3기판(100d)에 형성될 수 있다. 이 때, 홀(150)은 제1기판(100a) 상에 형성되는 방사부의 형상에 대응되는 형상인 것이 바람직하다. 또한, 홀(150)은 제1 기판(100a) 상에 형성되는 방사부의 위치에 대응되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 도면에 도시된 바와 같이, 홀(150)은 정사각 형상일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상의 방사부에 대응되는 형상일 수 있다. 홀(150)의 외면에는 금속 도금층이 형성된다.
방사부는 금속 재질로 형성되고, 홀(150)의 바닥면을 형성하게 되므로, 방사부와 홀(150) 외면의 금속 도금층은 전기적으로 접속된다.
또한, 제1기판(100a) 상에 급전부(130)와 접지부(140)가 형성될 수 있다. 급전부(130)는 접지부(140)와 소정 거리 이격되어 형성된다. 제2기판(100c)과 제3기판(100d)에는 제1기판(100a) 상의 급전부(130)와 접지부(140)를 외부로 노출시키기 위한 홈이 형성될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 제1기판(100a) 상에 형성된 급전부(130)는 제1기판(100a) 상에 형성된 방사부에 전기적으로 접속되어, 방사부로 전류를 공급한다.
다음으로, 도 2 내지 도 5를 참조하여 각각의 기판들(100a 내지 100d)에 대해 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나(100)의 제1기판(100a)을 설명하기 위한 도이며, 구체적으로, 도 2a 는 제1기판(100a)의 사시도이고, 도 2b 는 제1기판(100a)의 평면도이고, 도 2c는 제1기판(100a)의 배면도이다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1기판(100a)에는 양측 말단이 90도 절곡된 "ㄷ"자 형태(
Figure 112016072903440-pat00001
)의 제1스루홀(110a)이 형성된다. 제1스루홀(110a)은 제1기판(100a)의 가장자리에서 소정 거리만큼 내측으로 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1스루홀(110a)은 제1기판(100a)의 상면과 하면을 관통하도록 형성된다.
제1스루홀(110a)의 외면, 즉, 제1스루홀(110a)의 측면에는 소정 두께의 금속 도금층이 형성되는 것이 바람직하며, 금속 도금층은 Au층이거나, Ni층이거나, 도금된 Ni층 위에 도금되는Au 층(Ni/Au층)일 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판(100a)은 테프론 유전체로 형성되는 것이 바람직하며, 제1스루홀(110a)은 에칭 등의 방식으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제1기판(100a) 상에 형성되는 방사부(120)를 설명하기 위한 도로서, 도 3a는 사시도이고, 도 3b 는 평면도이고, 도 3c는 배면도이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나(100)의 제1레이어, 즉, 제1기판(100a) 상에 방사부(120)를 포함하는 제2레이어(100b)가 형성되는 것이며, 제2레이어(100b)는 급전부(130), 접지부(140)를 더 포함할 수 있다.
방사부(120)는 소정 패턴 및 소정 규격으로 제1기판(100a) 상에 형성되어, 안테나의 소정의 동작 주파수 대역을 제공한다. 도면에는 정사각 형태의 방사부가 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐, 방사부는 직사각형, 정사각형, 원형, 링 등의 형태일 수 있다. 안테나에 사용되는 금속은 Au 인 것이 바람직하며, 기판과의 결합성을 고려하여, 제1기판(100a) 위에 Ni 층을 도금한 후, Au층을 도금하여 형성할 수도 있다. 또한, 예를 들어, Ni 층은 0.05um두께로 하고, Au 층은 0.05um 두께로 하여 일반적인 PCB 제조 라인에 적합하게 안테나 패턴을 형성할 수도 있다.
급전부(130)는 방사부(120)에 전기적으로 접속되어, 방사부(120)로 전류를 공급한다. 또한, 급전부(130)는 접지부(140)와 소정 거리 이격되어 형성된다.
접지부(140)는 제1스루홀(110b)의 양측 말단에 전기적으로 접속되도록 형성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제2기판(100c)을 설명하기 위한 도이다. 도 4a는 제2기판(100c)의 사시도이고, 도 4b는 제2기판(100c)의 평면도 및 배면도이다.
제2기판(100c)은 제1기판(100a)과 동일한 규격인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 제2기판(100c)은, 도 3a 와 관련하여 설명한 바 있는 방사부(120)가 형성된 제1기판(100a) 상에 적층되는 것으로, 제2기판(100c)에는 제2스루홀(110c)과 제1홀(150c)이 형성된다.
제2스루홀(110c)은 제2기판(100c)의 가장자리에서 소정 거리만큼 내측으로 이격되어 형성되고, 제1기판(100a)에 형성된 제1스루홀(110a)에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2스루홀(110c)은 제1스루홀(110a)과 같이 양측 말단이 90도 절곡된 "ㄷ"자 형태(
Figure 112016072903440-pat00002
)로 형성될 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2스루홀(110c)은 제2기판(100c)의 상면과 하면을 관통하도록 형성된다.
제2스루홀(110c)의 외면, 즉, 제2스루홀(110a)의 측면에는 금속 도금층이 형성되는 것이 바람직하며, 금속 도금층은 Au층 또는 Ni층 또는Au/Ni 층 또는 Ni/Au층일 수 있다.
제1홀(150c)은 제2기판(100c)의 중앙부에 형성되며, 제1기판(100a)의 방사부(120)에 대응되도록 방사부(120)와 동일 규격으로 형성되는 것이 바람직하다. 제1홀(150c)의 외면, 즉, 제1홀(150a)의 측면에는 소정 두께의 금속 도금층이 형성되는 것이 바람직하며, 금속 도금층은 Au층 또는 Ni층 또는Au/Ni 층 또는 Ni/Au층일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 기판(100c)은 테프론 유전체로 형성되는 것이 바람직하며, 제1홀(150c) 및 제2스루홀(110c) 은 에칭 등의 방식으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 제3기판(100d)을 설명하기 위한 도이다. 도 5a는 제3기판(100d)의 사시도이고, 도 5b는 제3기판(100d)의 평면도 및 배면도이다. 제3기판(100d)은 제1기판(100a) 및 제2기판(100c)과 동일한 규격인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 제3기판(100d)은 제2기판(100c) 상에 적층되는 것으로, 제3기판(100d)에는 제2홀(150d)이 형성된다.
제2홀(150d)은 제3기판(100d)의 중앙부에 형성되며, 제1기판(100a)의 방사부(120) 및 제2기판(100c)의 제1홀(150c)에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다. 제2홀(150d)의 외면, 즉, 제2홀(150d)의 측면에는 금속 도금층이 형성되는 것이 바람직하며, 금속 도금층은 Au층 또는 Ni층 또는Au/Ni 층 또는 Ni/Au층일 수 있다. 제2홀(150d)의 외면에 형성되는 금속 도금층의 두께는 제1홀(150c)의 외면에 형성되는 금속 도금층의 두께와 동일한 것이 바람직하다.
또한, 상술한 바와 같이, 기판(100d)은 테프론 유전체로 형성되는 것이 바람직하며, 제2홀(150d)은 에칭 등의 방식으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 금속층을 설명하기 위한 도이다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 금속층은 방사부(120), 홀(150)의 외면, 스루홀(110)의 외면을 포함하여 형성된다. 상기 금속층은 Au층이거나, Ni층이거나, 또는 도금된 Ni층 상에 도금되는 Au 층일 수 있다. 상술한 바와 같이 금속 재질의 방사부(120)는 홀(150)의 바닥면을 형성하며, 방사부(120)와 홀(150)의 외면에 형성되는 금속층은 전기적으로 접속된다.
도 7a 내지 도 7d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품 도면으로서, 일반 PCB 제작에 사용되는 FR-4 기판을 이용하여 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나를 제작하였다. 도 7a 는 사시도, 도 7b는 측면도, 도 7c는 평면도, 도 7d는 배면도이다. 본 실시예에서는 0.5mm 규격의 스루홀 연결에 의해 기판을 제거하고, 금속 도금층을 형성하였다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품의 조립 전과 후를 설명하기 위한 도이다. 도 8a는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나를 커넥터(C)에 연결하기 전의 도면이고, 도 8b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나를 커넥터(C)에 연결한 후의 도면이다.
도 9 는 본 발명에 따른 위상 배열형 마이크로 스트립 패치 안테나를 설명하기 위한 도이다. 도 9의 실시예에 따르면, 한 개의 PCB 상에 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나를 4개 배열하였다.
상기와 같이 단위 셀의 마이크로 스트립 패치 안테나를 배열함으로써, 위상배열형 마이크로 스트립 패치 안테나를 구현하고, 급전 신호의 위상차를 조절할 수 있다.
도 10 은 본 발명에 따른 위상 배열형 마이크로 스트립 패치 안테나의 빔 방향성을 설명하기 위한 도로서, 도 9에서 설명한 본원 발명에 따른 위상 배열형 마이크로 스트립 패치 안테나에 따르면, 빔의 방향성이 극대화되고, 빔 방향의 집중을 통해 안테나 이득을 높일 수 있음을 보여준다.
도 11a 내지 도 11c 는 본 발명에 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품의 도면이다. 도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 시제품 도면이고, 도 11c는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나를 커넥터에 연결하였을 때의 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나(단위셀 5mm x 5mm, 안테나 1mm x 1mm, 0.5mm 스루홀, Ni/Au금속층, Ni층 두께=0.05um, Au 층 두께=0.05um)의 시뮬레이션 결과이다. 도 12a 는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 반사계수 그래프이고, 도 12b 는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 스미스차트이다. 도 12a 및 도 12b 를 참조하면, 반사계수(Return loss, S11)는 약 -18.65dB 이고, 대역폭은 약 7GHz(74 GHz-81 GHz)로 확인된다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 표면전류밀도에 대한 시뮬레이션 결과이다. 도 13a를 참조하면, 급전부를 통해 전류가 인가되어짐을 확인할 수 있고, 도 13b를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나 구조물의 맨 끝단에서 전류밀도가 높게 차지함을 확인할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나의 안테나 전계 분포에 대한 시뮬레이션 결과이다. 도 14a 는 Top-view이고, 도 14b
는 side-view이다. 도시된 바와 같이, 안테나의 중심부에서 전계가 방사되어 외부로 나가는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 스트립 패치 안테나는 동축 케이블 구조를 적용함으로써 전송 선로의 손실을 최소화할 수 있고, 혼 안테나 구조를 이용함으로써 안테나의 지향성과 이득을 향상시키고, 광대역 특성을 갖는 패치 안테나를 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 마이크로 스트립 패치 안테나
100a: 제1기판
100c: 제2기판
100d: 제3기판
110: 스루홀
120: 방사부
130: 급전부
140: 접지부
150: 홀

Claims (3)

  1. 테프론 유전체로 형성되는 제1기판;
    상기 제1기판 위에 형성되며, 신호를 방사하는 방사부;
    상기 방사부를 둘러싸도록 상기 제1기판의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 소정 폭의 제1스루홀;
    상기 방사부가 형성된 제1기판 상에 적층되되, 상기 방사부에 대응되는 제1홀과 상기 제1스루홀에 대응되도록 형성된 제2스루홀이 형성된 제2기판;
    상기 방사부에 전류를 공급하는 급전부; 및
    상기 제1스루홀에 접속되는 접지부를 포함하되,
    상기 제1 및 제 2스루홀과 상기 제1홀의 외면에 금속 도금층이 형성된 마이크로 스트립 패치 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 도금층은 Ni/Au 층인 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 패치 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 스트립 패치 안테나는,
    상기 제2기판 상에 적층되되, 상기 방사부에 대응되는 제2홀이 형성된 제3 기판을 더 포함하며,
    상기 제2홀의 외면에 금속 도금층이 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 패치 안테나.
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