KR101768802B1 - Microstrip antenna - Google Patents

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KR101768802B1
KR101768802B1 KR1020160029553A KR20160029553A KR101768802B1 KR 101768802 B1 KR101768802 B1 KR 101768802B1 KR 1020160029553 A KR1020160029553 A KR 1020160029553A KR 20160029553 A KR20160029553 A KR 20160029553A KR 101768802 B1 KR101768802 B1 KR 101768802B1
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microstrip antenna
unit
step structure
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윤영민
이규연
이민종
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주식회사 한신
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Abstract

A microstrip antenna is provided. The microstrip antenna can include a power feed line, which is arranged on a dielectric substrate; and a unit radiation element, which receives an RF signal from the power feed line. In addition, the unit radiation element can include at least one step structure.

Description

마이크로스트립 안테나{MICROSTRIP ANTENNA}MICROSTRIP ANTENNA < RTI ID = 0.0 >

마이크로스트립 안테나에 연관되며, 보다 특정하게는 직선형 편파의 기울기를 조절 가능한 마이크로스트립 안테나에 연관된다.Relates to a microstrip antenna, and more particularly to a microstrip antenna capable of adjusting the slope of a linear polarization.

차량용 레이더 센서는 운행 중 발생할 수 있는 충돌 방지 및 회피를 위해 요구되고, 안테나를 이용하여 전자파를 송신하고 목표물로부터 반사된 전자파를 수신하여 목표물과의 거리, 방향, 속도 정보 등을 검출하는 무선 감지 장치이다. 차량용 레이더 센서에 사용되는 주파수는 주로 밀리미터파 대역이 이용되고, 전자파를 송수신하는데 사용되는 안테나는 경량의 소형, 박형 구조가 요구된다.BACKGROUND ART A radar sensor for a vehicle is required for preventing and avoiding collisions that may occur during operation. A radar sensor for a vehicle is required to transmit electromagnetic waves using an antenna and receive electromagnetic waves reflected from a target to detect distance, direction, speed information, to be. The frequency used for radar sensors for automobiles is mainly used in the millimeter wave band, and the antenna used for transmitting and receiving electromagnetic waves is required to be a lightweight, compact and thin structure.

마이크로스트립 안테나는 경량의 소형, 박형 구조로 제작이 용이하고 제작 단가가 저렴하며 집적회로와 함께 집적될 수 있는 장점을 가지고 있어 차량용 레이더 안테나로 사용될 수 있다. 차량용 레이더를 위한 마이크로스트립 안테나는 마주 오는 차량에서 송신한 전자파와 구별하기 위해 지평면과 45도 각도를 이루는 선형 편파를 이용할 수 있다.The microstrip antenna can be used as a radar antenna for a vehicle because it is lightweight, compact, thin structure, easy to manufacture, low manufacturing cost, and can be integrated with an integrated circuit. Microstrip antennas for automotive radars can use linear polarizations at an angle of 45 degrees with the horizontal plane to distinguish them from electromagnetic waves transmitted from opposite vehicles.

또한, 차량용 레이더를 위한 마이크로스트립 안테나는 그 응용에 따라 높은 이득과 작은 빔 폭, 낮은 부엽 레벨을 갖도록 설계될 수 있으며 이러한 특성을 만족시키기 위해 배열 안테나의 형태로 구성될 수 있다. 한편, 마이크로스트립 배열 안테나에 전력을 인가하는 방법은 일반적으로 직렬 또는 병렬 형태의 급전 선로가 이용될 수 있으나 소형화를 위해 직렬 급전 방법을 사용할 수 있다.In addition, a microstrip antenna for a vehicle radar may be designed to have a high gain, a small beam width, and a low sidelobe level depending on the application, and may be configured in the form of an array antenna to satisfy such characteristics. On the other hand, as a method of applying power to the microstrip array antenna, a feed line in a serial or parallel form can be generally used, but a serial feed method can be used for miniaturization.

일본 등록특허공보 제4892498호 (2011.12.22 공고)Japanese Patent Publication No. 4892498 (issued on December 22, 2011) 한국 공개특허공보 제2012-0012617호 (2012.02.10 공개)Korean Patent Publication No. 2012-0012617 (published on Feb. 10, 2012)

일측에 따르면, 유전체 기판 상에 배치되는 급전 라인, 및 상기 급전 라인으로부터 RF 신호를 급전 받는 단위 방사 소자를 포함하는 마이크로스트립 안테나가 제공되고, 상기 단위 방사 소자는 적어도 하나의 계단 구조를 포함할 수 있다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 상기 계단 구조의 높이 차이에 따라 마이크로스트립 안테나의 공진 주파수가 조절될 수 있다.According to one aspect, there is provided a microstrip antenna including a feed line disposed on a dielectric substrate and a unit radiating element receiving an RF signal from the feed line, the unit radiating element including at least one step structure have. By way of example, but not limitation, the resonant frequency of the microstrip antenna can be adjusted according to the height difference of the step structure.

일실시예에 따르면, 상기 단위 방사 소자는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조이고, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 상기 단위 방사 소자의 계단의 단수는 편파 각도 및 상기 경사진 구조의 경사 각도에 따를 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating elements are point symmetrical with respect to the center of the unit radiating elements, and the at least one step structure may include a tilted structure between adjacent layers. Illustratively, but not by way of limitation, the number of stages of the stairs of the unit radiating element may depend on the polarization angle and the tilt angle of the tilted structure.

일실시예에 따르면, 상기 단위 방사 소자는, 인접 계단 간 높이 차이를 조정함으로써 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 비대칭 구조일 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating elements may be asymmetric with respect to the center of the unit radiating elements by adjusting a height difference between adjacent steps.

일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the at least one step structure may include an inclined structure between adjacent layers.

다른 일측에 따르면, 유전체 기판 상에 배치되는 급전 라인, 및 배열 구조로 직렬 배치되며 상기 급전 라인으로부터 RF 신호를 직렬 급전 받는 적어도 하나의 단위 방사 소자를 포함하는 마이크로스트립 배열 안테나가 제공되고, 상기 적어도 하나의 단위 방사 소자는 계단 구조를 포함할 수 있다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 상기 계단 구조의 높이 차이에 따라 마이크로스트립 배열 안테나를 구성하는 단위 방사 소자의 공진 주파수가 조절될 수 있다.According to another aspect of the present invention there is provided a microstrip array antenna comprising a feed line disposed on a dielectric substrate and at least one unit radiating element arranged in series in an array structure and receiving an RF signal in series from the feed line, One unit radiating element may include a stepped structure. Illustratively, but not exclusively, the resonant frequency of the unit radiating elements constituting the microstrip array antenna can be adjusted according to the height difference of the step structure.

일실시예에 따르면, 상기 단위 방사 소자는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조이고, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 상기 단위 방사 소자의 계단의 단수는 편파 각도 및 상기 경사진 구조의 경사 각도에 따를 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating elements are point symmetrical with respect to the center of the unit radiating elements, and the at least one step structure may include a tilted structure between adjacent layers. Illustratively, but not by way of limitation, the number of stages of the stairs of the unit radiating element may depend on the polarization angle and the tilt angle of the tilted structure.

일실시예에 따르면, 상기 단위 방사 소자는, 인접 계단 간 높이 차이를 조정함으로써 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 비대칭 구조일 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating elements may be asymmetric with respect to the center of the unit radiating elements by adjusting a height difference between adjacent steps.

일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the at least one step structure may include an inclined structure between adjacent layers.

도 1은 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 사시도이다.
도 2는 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 3은 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 계단형 단위 방사 소자 영역을 분할하여 도시한다.
도 4는 일실시예에 따라 마이크로스트립 안테나의 단위 방사 소자가 직렬로 연결된 배열 안테나의 평면도이다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 변형 형태를 도시한다.
도 6은 일실시예에 따른 계단 단수가 변함에 따라 마이크로스트립 안테나의 계단 높이에 대한 안테나의 편파 각도를 나타낸다.
도 7은 일실시예에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나와 사각형 마이크로스트립 안테나의 이득을 각도 Φ와 동일한 편파 성분과 각도 Φ와 수직으로 교차되는 편파 성분으로 분류하여 나타낸다.
도 8은 일실시예에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나의 계단의 단수가 2인 경우에, 0부터 5까지 증가하는 계단의 높이에 따른 정규화된 공진주파수를 나타낸다.
도 9는 일실시예에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나의 계단의 경사도에 따른 편파 각도를 나타낸다.
1 is a perspective view of a microstrip antenna according to an embodiment.
2 is a plan view of a microstrip antenna according to an embodiment.
FIG. 3 illustrates a stepwise unit radiating element region of a microstrip antenna according to an embodiment.
4 is a plan view of an array antenna in which unit radiating elements of a microstrip antenna are connected in series according to an embodiment.
Figures 5A, 5B and 5C show a variant of a microstrip antenna according to an embodiment.
FIG. 6 illustrates the polarization angle of the antenna with respect to the step height of the microstrip antenna according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows the gain of the stepped microstrip antenna and the rectangular microstrip antenna according to the embodiment divided into polarization components having the same angle? And polarization components crossing the angle? Vertically.
FIG. 8 shows a normalized resonance frequency according to the height of a step of increasing the number of steps from 0 to 5 when the number of steps of the step of the step-like microstrip antenna according to an embodiment is 2. FIG.
FIG. 9 illustrates a polarization angle according to a slope of a step of a step-like microstrip antenna according to an embodiment.

이하에서, 일부 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.In the following, some embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it is not limited or limited by these embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

아래 설명에서 이용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 이용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.While the terminology used in the following description selects the general term that is widely used in the present invention while considering the function in the present invention, it may vary depending on the intention or custom of the technician working in the field, the emergence of new technology and the like.

또한 특정한 경우는 이해를 돕거나 및/또는 설명의 편의를 위해 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 이용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, there may be terms chosen arbitrarily by the applicant for the sake of understanding and / or convenience of explanation, and in this case the meaning of the detailed description in the corresponding description section. Therefore, the terms used in the following description should be understood based on the meanings of the terms rather than the names of simple terms and the contents throughout the specification.

도 1은 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 사시도이다.1 is a perspective view of a microstrip antenna according to an embodiment.

일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나는 유전체 기판 상에 배치되는 급전 라인, 및 상기 급전 라인으로부터 RF 신호를 급전 받는 단위 방사 소자를 포함하고, 상기 단위 방사 소자는 적어도 하나의 계단 구조를 포함할 수 있다. 또한 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 상기 계단 구조의 높이 차이에 따라 마이크로스트립 안테나의 공진 주파수가 조절될 수 있다.The microstrip antenna according to an embodiment includes a feed line disposed on a dielectric substrate and a unit radiating element receiving an RF signal from the feed line, and the unit radiating element may include at least one step structure . Also illustratively, but not exclusively, the resonant frequency of the microstrip antenna can be adjusted according to the height difference of the stepped structure.

일실시예에 따른 마이크로스트립 배열 안테나(100)는 유전체 기판 상에 배치되는 급전 라인(110); 및 상기 급전 라인으로부터 RF 신호를 직렬 급전 받는 적어도 하나의 단위 방사 소자(120)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 단위 방사 소자(120)는 계단 구조를 포함할 수 있다.The microstrip array antenna 100 according to one embodiment includes a feed line 110 disposed on a dielectric substrate; And at least one unit radiating element (120) receiving a series supply of an RF signal from the feeding line, and the at least one unit radiating element (120) may include a step structure.

일실시예에 따라, 상기 단위 방사 소자(120)는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조일 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating element 120 may have a point symmetrical structure with respect to the center of the unit radiating element.

일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나(100)는 공급받은 RF 신호를 안테나의 외부로 방사시킬 수 있고, 이 때 방사되는 전자파의 직선 편파각도를 조절할 수 있다.The microstrip antenna 100 according to the embodiment can radiate the supplied RF signal to the outside of the antenna and adjust the linear polarization angle of the electromagnetic wave radiated at this time.

이를 위해, 마이크로스트립 안테나(100)는 급전 선로(110), 계단형 계단구조의 단위 방사 소자(120), 유전체 기판(130), 접지면(140)을 포함할 수 있다.For this, the microstrip antenna 100 may include a feed line 110, a unit radiating element 120 having a stepped step structure, a dielectric substrate 130, and a ground plane 140.

먼저 급전 선로(110)는 유전체 기판(130) 상부에 형성되어 단위 방사 소자(120)로 RF 신호를 급전할 수 있다. 단위 방사 소자(120)는 계단형 구조일 수 있고, 모양 및 크기가 적어도 한 종류 이상인 단층 구조가 계단형으로 연결되어 형성될 수 있다. 상기 단층 구조는 설명의 편의를 위해 방사소자를 단위 도형(예, 직사각형, 평행사변형 등)으로 분리하여 나타낸 요소이고, 도 3을 참조하여 후술된다.The feeding line 110 may be formed on the dielectric substrate 130 to feed the RF signal to the unit radiating element 120. The unit radiating elements 120 may have a stepped structure and a single layer structure having at least one shape and size may be formed in a stepped shape. For convenience of explanation, the single-layer structure is shown by separating the radiating element into a unit figure (e.g., a rectangle, a parallelogram, etc.) and will be described later with reference to Fig.

예를 들어, 계단형 구조의 단위 방사 소자를 이루는 단위 도형이 모두 직사각형인 경우, 단위 방사 소자는 도 1과 같은 일반적인 계단 구조의 형태를 띤다. 반면, 단위 도형이 모두 평행사변형인 경우, 단위 방사 소자는 그 전체가 평행사변형 구조일 수 있다. 또한 직사각형과 평행사변형이 동시에 단위 방사 소자를 구성할 수 있으며, 이 때는 계단의 단과 단 사이가 경사진 모습일 수 있다. 또한, 마이크로스트립 안테나(100)의 접지면(140)은 유전체 기판 하부에 형성될 수 있다.For example, when the unit figures forming the unit radiating elements of the stepped structure are all rectangular, the unit radiating elements take the form of a general stepped structure as shown in FIG. On the other hand, if the unit figures are all parallelograms, the unit radiating elements may be entirely parallelogram-shaped. In addition, the rectangle and the parallelogram can constitute the unit radiating element at the same time. In this case, the step between the step and the step may be inclined. In addition, the ground plane 140 of the microstrip antenna 100 may be formed under the dielectric substrate.

도 2는 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.2 is a plan view of a microstrip antenna according to an embodiment.

일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나에서, 급전 선로(210)를 통해 RF 신호가 공급되고, 방사 소자(220)로부터 전자파가 방사될 수 있다.In the microstrip antenna according to one embodiment, an RF signal may be supplied through the feed line 210, and an electromagnetic wave may be radiated from the radiating element 220.

일실시예에 따르면, 상기 단위 방사 소자는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조이고, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 계단 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 상기 단위 방사 소자의 계단의 단수는 편파 각도 및 상기 경사진 구조의 경사 각도에 따를 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating elements are point symmetrical with respect to the center of the unit radiating elements, and the at least one step structure may include a tilted structure between adjacent steps. Illustratively, but not by way of limitation, the number of stages of the stairs of the unit radiating element may depend on the polarization angle and the tilt angle of the tilted structure.

계단형 단위 방사 소자(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 사용 주파수와 방사 특성에 따라 임의의 길이 L과 폭 W를 가질 수 있다. 이 때, 폭은 단위 방사 소자 구조의 전체 폭이 아닌 도 1을 참조하여 설명한 단위 도형의 폭을 의미한다. 또한, s와 N은 아래와 같이 정의되며, 본 명세서 전체에 걸쳐 그 의미가 동일하게 이용된다.The stepped unit radiating element 220 may have an arbitrary length L and a width W depending on the used frequency and the radiation characteristic as shown in FIG. In this case, the width means the width of the unit figure described with reference to Fig. 1, not the entire width of the unit radiating element structure. Also, s and N are defined as follows, and their meanings are used throughout the present specification.

[수학식 1][Equation 1]

s = "개별 계단 높이의 전체 합"s = "total sum of individual step height"

[수학식 2]&Quot; (2) "

N = "단위 방사 소자의 전체 계단 단수" - 1 (단, N은 자연수)N = "total step number of unit radiating element" - 1 (where N is a natural number)

이때, 단위 방사 소자가 계단형의 구조를 가지기 위해서, N은 적어도 2의 값을 가지며, 인접한 단 사이에서 형성되는 높이의 차는 균등하거나 비균등할 수 있다. 도 2는 높이의 차가 균등한 경우를 도시하였으며, 이러한 경우에 각각의 계단 높이는 전체 계단 높이 s를 N으로 나누어 구할 수 있다. At this time, in order for the unit radiating elements to have a stepped structure, N has a value of at least 2, and the difference in height formed between adjacent stages can be equal or uneven. FIG. 2 shows a case in which the difference in height is uniform. In this case, the height of each step can be obtained by dividing the total step height s by N. FIG.

계단형 단위 방사 소자의 전력공급은 마이크로스트립 전송선로를 이용하여 급전될 수 있다. 이 경우, 전송 선로는 도 2에 도시된 x축에 평행한 선로일 수 있다. 또한, 계단형 단위 방사 소자의 전력공급은 동축 선로를 이용하여 접지기판에 수직 방향인 선로로부터 급전될 수 있다. 이때, 접지기판에 대한 수직 방향은 접지기판을 포함하는 평면의 법선 방향을 의미한다.The power supply of the stepped unit radiating element can be fed using a microstrip transmission line. In this case, the transmission line may be a line parallel to the x-axis shown in Fig. Also, the power supply of the stepped unit radiating element can be fed from a line perpendicular to the ground substrate using a coaxial line. In this case, the vertical direction to the ground substrate means the normal direction of the plane including the ground substrate.

일실시예에 따르면, 상기 단위 방사 소자는, 인접 계단 간 높이 차이를 조정함으로써 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 비대칭 구조일 수 있고, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating elements may be asymmetric with respect to the center of the unit radiating element by adjusting a height difference between adjacent steps, and the at least one step structure includes a tilted structure between adjacent layers can do.

도 3은 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 계단형 단위 방사 소자 영역을 분할하여 도시한다.FIG. 3 illustrates a stepwise unit radiating element region of a microstrip antenna according to an embodiment.

마이크로스트립 안테나 및 그 변형물을 이해하기 위해 제한적이지 않고 예시적인 방법으로 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 단위 방사 소자 영역(300)을 급전 선로(310) 영역, 및 모양 및 크기가 적어도 한 종류 이상인 복수의 단층 영역(320, 330, 및 340)으로 분할할 수 있다.In order to understand the microstrip antenna and its modifications, the unitary radiating element region 300 of the microstrip antenna according to an embodiment may be connected to the feed line 310 region and at least one type and size (320, 330, and 340).

도 3에 도시된 단위 방사 소자 영역은 모양 및 크기가 동일한 3개의 직사각형 모양의 단층 영역으로 구성되어 있으며, 이로 인해 단위 방사 소자 영역은 사선의 구조를 포함하지 않은 채 서로 직교하는 선분으로만 이루어진 계단 형태를 이룬다. 예를 들어, 단층 영역 중 하나의 영역(330)이 직사각형이 아닌 윗변과 밑변이 기울어진 평행사변형의 형태인 경우, 단위 방사 소자는 상부의 단층 영역(340)과 하부의 단층 영역(320) 사이에 사선 구조가 존재하는 기울어진 계단 형태를 이룰 수 있다.The unit radiating element region shown in FIG. 3 is composed of three rectangular-shaped single-layer regions having the same shape and size. Therefore, the unit radiating element region does not include the slanting structure, Form. For example, when one of the single-layer regions 330 is in the form of a parallelogram with an upper side and a lower side inclined in a direction other than a rectangle, the unit radiating element may be divided into a plurality of regions between the upper single layer region 340 and the lower single- A sloped staircase configuration in which a diagonal structure exists.

이 경우에, 상부의 단층 영역(340)과 하부의 단층 영역(320) 사이의 상대적인 위치의 변화가 생기지 않기 때문에, 도 2를 참조하여 전술된 s의 값은 변하지 않는다. 그러나 구조에 따라 N의 값은 1만큼 줄어들어 1이 될 수 있다. 또한, 단위 방사 소자를 구성하고 있는 모든 영역이 윗변과 밑변이 기울어진 평행사변형의 형태인 경우, 단위 방사 소자는 그 전체가 평행사변형의 형태를 이룰 수 있다(미도시). 이는 주어진 s에 대해 N의 값이 무한대인 경우일 수 있으며, 구조의 특징 상 계단 형태를 이루고 있지 않지만, 계단형 마이크로스트립 안테나의 일실시예에 따른 변형 형태로 고려될 수 있다.In this case, since the relative positional change between the upper single-layer region 340 and the lower single-layer region 320 does not occur, the value of s described above with reference to Fig. 2 does not change. However, depending on the structure, the value of N may be reduced by one to one. Further, when all the regions constituting the unit radiating element are in the form of a parallelogram with the upper and lower sides inclined, the unit radiating elements can be formed in a parallelogram shape as a whole (not shown). This may be the case where the value of N is infinite for a given s and does not form a step in the nature of the structure but can be considered as a modification according to an embodiment of a stepped microstrip antenna.

도 4는 일실시예에 따라 마이크로스트립 안테나의 단위 방사 소자가 직렬로 연결된 배열 안테나의 평면도이다.4 is a plan view of an array antenna in which unit radiating elements of a microstrip antenna are connected in series according to an embodiment.

일실시예에 따르면, 유전체 기판 상에 배치되는 급전 라인, 및 배열 구조로 직렬 배치되며 상기 급전 라인으로부터 RF 신호를 직렬 급전 받는 적어도 하나의 단위 방사 소자를 포함하는 마이크로스트립 배열 안테나가 제공되고, 상기 적어도 하나의 단위 방사 소자는 계단 구조를 포함할 수 있다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 상기 계단 구조의 높이 차이에 따라 마이크로스트립 배열 안테나를 구성하는 단위 방사 소자의 공진 주파수가 조절될 수 있다.According to an embodiment, there is provided a microstrip array antenna including a feed line disposed on a dielectric substrate and at least one unit radiating element arranged in series in an arrangement structure and receiving an RF signal in series from the feed line, The at least one unit radiating element may comprise a stepped structure. Illustratively, but not exclusively, the resonant frequency of the unit radiating elements constituting the microstrip array antenna can be adjusted according to the height difference of the step structure.

일실시예에 따르면, 상기 단위 방사 소자는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조이고, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다. 예시적으로, 그러나 한정되지 않게 상기 단위 방사 소자의 계단의 단수는 편파 각도 및 상기 경사진 구조의 경사 각도에 따를 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating elements are point symmetrical with respect to the center of the unit radiating elements, and the at least one step structure may include a tilted structure between adjacent layers. Illustratively, but not by way of limitation, the number of stages of the stairs of the unit radiating element may depend on the polarization angle and the tilt angle of the tilted structure.

일실시예에 따르면, 상기 단위 방사 소자는, 인접 계단 간 높이 차이를 조정함으로써 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 비대칭 구조일 수 있다.According to one embodiment, the unit radiating elements may be asymmetric with respect to the center of the unit radiating elements by adjusting a height difference between adjacent steps.

일실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다.According to one embodiment, the at least one step structure may include an inclined structure between adjacent layers.

마이크로스트립 안테나의 단위 방사 소자는 직렬로 연결되어 배열 안테나를 구성할 수 있다. 이를 위해, 일실시예에 따른 마이크로스트립 배열 안테나(400)는 급전 선로(410) 및 직렬로 연결된 복수의 단위 방사 소자(420, 421, 422 및 423)를 포함할 수 있다.The unit radiating elements of the microstrip antennas may be connected in series to form an array antenna. To this end, the microstrip array antenna 400 according to one embodiment may include a feed line 410 and a plurality of unit radiating elements 420, 421, 422 and 423 connected in series.

일실시예에 따른 마이크로스트립 배열 안테나(400)는 마이크로스트립 전송선로를 이용하여 급전될 수 있다. 이 경우, 전송 선로(410)는 도 2에 도시된 x축에 평행한 선로일 수 있다.The microstrip array antenna 400 according to one embodiment may be powered using a microstrip transmission line. In this case, the transmission line 410 may be a line parallel to the x-axis shown in Fig.

도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 변형 형태를 도시하고, 일실시예에 따라, 마이크로스트립 안테나의 단위 방사 소자는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조일 수 있다.5A, 5B, and 5C illustrate a modification of the microstrip antenna according to one embodiment. According to one embodiment, the unit radiating element of the microstrip antenna includes a point symmetrical structure Lt; / RTI >

도시되지는 않았지만 일실시예에 따라, 상기 단위 방사 소자는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조로부터, 인접 계단 간 높이 차이를 조정함으로써 유도된 비대칭 구조일 수 있다. 또한 일실시예에 따라, 상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함할 수 있다.Although not shown, according to one embodiment, the unit radiating element may be an asymmetric structure derived by adjusting a height difference between adjacent stairs from a point symmetric structure with respect to the center of the unit radiating element. Also according to one embodiment, the at least one step structure may comprise an inclined structure between adjacent layers.

도 1 및 도 2를 참조하여 전술한 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 단위 방사 소자와 비교했을 때, 도 5a, 도 5b, 및 도 5c에 도시된 마이크로스트립 안테나의 단위 방사 소자는 계단 모양을 형성하는 모서리에 임의의 각도를 가지고 경사가 형성되어 있다. 기울기를 가지는 계단 모양 단위 방사 소자는 도 1 및 도 2의 직각 계단 모양 단위 방사 소자에 비해 기울기를 조절하여 보다 세밀하게 편파의 각도를 조절할 수 있다. 한편, 도 5의 기울기가 있는 계단 모양 단위 방사 소자는 직각 계단 모양 단위 방사 소자에 비해 다수의 꼭지점에서 형성되는 내각이 90°보다 크기 때문에 제작 오차를 줄여 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.The unit radiating elements of the microstrip antenna shown in Figs. 5A, 5B and 5C have a stepped shape in comparison with the unit radiating elements of the microstrip antenna according to the embodiment described above with reference to Figs. 1 and 2 An inclination is formed at an arbitrary angle on the forming edge. The stepped unit radiating element having a slope can control the angle of polarization more precisely by adjusting the tilt of the unit radiating element as compared with the rectangular unit type radiating element shown in FIGS. Meanwhile, the inclined stepped unit radiating element shown in FIG. 5 has an advantage that the manufacturing error can be reduced and the cost can be reduced because the cabinet angle formed at a plurality of vertexes is larger than 90 degrees, as compared with a unitary radiating element having a right angle stepped unit.

도 6은 일실시예에 따른 계단 단수가 변함에 따라 마이크로스트립 안테나의 계단 높이에 대한 안테나의 편파 각도를 나타낸다.FIG. 6 illustrates the polarization angle of the antenna with respect to the step height of the microstrip antenna according to one embodiment of the present invention.

일실시예에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나는 단위 방사 소자의 길이 L과 폭 W를 고정시킨 상태에서 s와 N을 변화시켜 방사되는 전자파의 편파 각도를 조절할 수 있다. 도 6은 일실시예에 따라 N=1, 2, 3인 경우에, 계단 높이에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나의 편파 각도에 대한 전산 모의 결과이고, 전산 모의는 full wave electromagnetic 분석 기법을 이용하였다.The stepped microstrip antenna according to one embodiment can adjust the polarization angle of electromagnetic waves radiated by varying s and N while keeping the length L and the width W of the unit radiating element fixed. FIG. 6 is a simulation result of a polarization angle of a step-like microstrip antenna according to a step height when N = 1, 2, and 3 according to an embodiment, and a full wave electromagnetic analysis technique is used for computer simulation.

도 6에서 도시된 바와 같이, 계단형 마이크로스트립 안테나는 계단 높이가 증가함에 따라 편파 각도 Φp가 증가한다. 이때, 계단형 마이크로스트립 안테나의 편파 각도 Φp는 계단의 높이가 증가함에 따라 N=1인 경우에, 가장 급격하게 증가함을 볼 수 있으며 N값이 증가할수록 계단 높이에 따른 편파 각도 Φp의 변화가 작아짐을 볼 수 있다. 즉, 동일한 총 계단 높이 s가 주어진 경우 계단 개수를 조절하여 편파 각도 Φp가 조절될 수 있다.As shown in Fig. 6, the stepped microstrip antenna increases the polarization angle phi p as the step height increases. At this time, the polarization angle Φ p of the step-like microstrip antenna increases most rapidly when N = 1 as the height of the step increases. As the N value increases, the polarization angle Φ p It can be seen that the change is smaller. That is, given the same total step height s, the polarization angle phi p can be adjusted by adjusting the number of steps.

도 7은 일실시예에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나와 사각형 마이크로스트립 안테나의 이득을 각도 Φ와 동일한 편파 성분과 각도 Φ와 수직으로 교차되는 편파 성분으로 분류하여 나타낸다.FIG. 7 shows the gain of the stepped microstrip antenna and the rectangular microstrip antenna according to the embodiment divided into polarization components having the same angle? And polarization components crossing the angle? Vertically.

이때, Φ는 도 2를 참조하여 기술된 양의 방향의 x축을 기준으로 반 시계 방향으로 회전하며 이루는 각도를 나타낸다. 도 7에서 계단형 단위 방사 소자의 이득과 사각형 마이크로스트립 안테나의 이득은 각각 네모와 세모로 각각의 이득값의 좌표를 나타내었다. 또한 도 7의 계단형 마이크로스트립 안테나는 도 6을 참조하여 전술한 N=1, s =1.5인 경우와 동일하다.At this time,? Represents an angle formed by rotating counterclockwise with respect to the x-axis in the positive direction described with reference to Fig. In FIG. 7, the gain of the stepped unit radiating element and the gain of the rectangular microstrip antenna are respectively indicated by square and triangular coordinates of the gain values. In addition, the stepped microstrip antenna of Fig. 7 has the above-mentioned N = 1, s = 1.5.

도 7에서 참고하면, 사각형 마이크로스트립 안테나는 Φ = 0°에서 동일 편파 성분 이득이 최대가 되고 교차 편파 성분 이득이 최소가 되어 편파 각도는 Φp = 0°이 된다. 반면 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단 형상 마이크로스트립 안테나는 Φ = 41°에서 동일 편파 성분 이득이 최대가 되고 교차 편파 성분 이득이 최소가 되어 편파 각도 Φp = 41°로 변화함을 확인할 수 있다. 또한, 도 7에서 동일 편파와 교차 편파 성분의 이득 차이는 편파의 선형성을 나타내는 지표로 활용될 수 있으며, 일실시예에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나의 경우, 약 15 dB 이상으로 나타나 선형 편파 안테나로 동작함을 알 수 있다.Referring in Figure 7, the square microstrip antenna is the same polarization component, and the gain is the maximum cross-polar component is a minimum gain in the Φ = 0 ° polarization angle Φ p = 0 °. On the other hand, in the stepped microstrip antenna according to the embodiment of the present invention, it is confirmed that the polarization component gain is maximized at Φ = 41 ° and the polarization angle gain is minimized, and the polarization angle Φ p changes to 41 ° . 7, the gain difference between the same polarized and crossed polarized components can be used as an index indicating the linearity of polarization, and in the case of the stepped microstrip antenna according to an embodiment, the gain difference is about 15 dB or more. It can be seen that it works.

도 8은 일실시예에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나의 계단의 단수가 2인 경우에, 0부터 5까지 증가하는 계단의 높이에 따른 정규화된 공진주파수를 나타낸다.FIG. 8 shows a normalized resonance frequency according to the height of a step of increasing the number of steps from 0 to 5 when the number of steps of the step of the step-like microstrip antenna according to an embodiment is 2. FIG.

도 8을 참조하면 s 가 증가함에 따라 단위 방사 소자의 대각선 길이가 증가하여 공진주파수가 감소함을 알 수 있다. 일실시예에 따른 사각형 마이크로스트립 안테나, 즉 계단 형상 단위 방사 소자에서 s가 0인 경우, 공진 현상에 의한 전체 전류 벡터 합의 방향은 x 축과 평행하게 나타날 수 있고, 이때 공진 길이는 주로 안테나의 길이 L 에 의해 결정된다.Referring to FIG. 8, as the s increases, the diaphragm length of the unit radiating element increases and the resonant frequency decreases. In a rectangular microstrip antenna according to one embodiment, when s is 0 in a stepped unit radiating element, the direction of the total current vector sum due to the resonance phenomenon may appear parallel to the x-axis, L.

한편, 일실시예에 따른 계단형 방사소자를 포함하는 마이크로스트립 안테나, 즉 s 가 0 보다 큰 경우, 공진 현상에 의한 전체 전류벡터 합의 방향이

Figure 112016023726292-pat00001
인 구간에서 형성될 수 있다. 이때, 공진 길이는 단위 방사 소자의 대각선 길이에 따라 결정될 수 있다. 한편, 도 2를 참조하여 설명한 방사 소자와 같이 계단 단수의 개별 높이가 모두 동일한 경우, 단위 방사 소자의 대각선 길이는
Figure 112016023726292-pat00002
로 표현될 수 있다.On the other hand, when the microstrip antenna including the stepped radiating element according to one embodiment, that is, s is larger than 0, the direction of the total current vector sum due to the resonance phenomenon is
Figure 112016023726292-pat00001
Can be formed. At this time, the resonance length can be determined according to the diagonal length of the unit radiating element. On the other hand, when the individual heights of the stepped stages are all the same as those of the radiating element described with reference to Fig. 2, the diagonal length of the unit radiating element is
Figure 112016023726292-pat00002
. ≪ / RTI >

일실시예에 따른 계단형 단위 방사 소자는 동일한 길이와 폭을 가지는 사각형 마이크로스트립 안테나보다 공진 길이가 크기 때문에 공진 주파수가 작아지는 특징이 있다. 즉, 본 발명의 계단 형상 단위 방사 소자는 일반적인 사각형 마이크로스트립 안테나에 비해 동일한 공진주파수로 동작하기 위해 필요한 단위 방사 소자의 길이 L을 소형화시킬 수 있다. 또한 이는 마이크로스트립 안테나의 소형화로 이어질 수 있다.The stepped unit radiating element according to an embodiment is characterized in that the resonant frequency is smaller because the resonant length is larger than that of the rectangular microstrip antenna having the same length and width. That is, the stepped unit radiating element of the present invention can downsize the length L of the unit radiating element required to operate at the same resonant frequency as that of a general rectangular microstrip antenna. This can also lead to miniaturization of the microstrip antenna.

도 9는 일실시예에 따른 계단형 마이크로스트립 안테나의 계단의 경사도에 따른 편파 각도를 나타낸다.FIG. 9 illustrates a polarization angle according to a slope of a step of a step-like microstrip antenna according to an embodiment.

일실시예에 따른 경사도를 가지는 계단형 마이크로스트립 안테나는 예를 들어, 도 5a, 도 5b 및 도 5c의 형태일 수 있다. 도 9의 그래프에서 가로축의 경사도가 90°인 경우는 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 마이크로스트립 안테나와 같이 계단 모양이 수직인 경우이다.A stepped microstrip antenna having an inclination according to one embodiment may be in the form of, for example, Figs. 5A, 5B and 5C. In the graph of FIG. 9, when the slope of the horizontal axis is 90, the step shape is vertical as in the microstrip antenna described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

도 9를 참조하면, 경사각도가 감소함에 따라 경사가 있는 계단 형상 마이크로스트립 안테나의 편파 각도는 감소함을 알 수 있다. 또한, N 이 작을수록 경사도에 따른 편파 각도의 감소 폭은 크게 나타나며, N 이 3 이상인 경우, 경사도에 따른 편파 각도의 변화는 거의 나타나지 않는다. 따라서 도 5a 및 도 5b와 같이 계단 개수가 N = 1 또는 N = 2인 경우, 수직 모양의 계단 형상에 경사를 주어 편파 각도를 보다 용이하게 조절할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that as the tilt angle decreases, the tilt angle of the stepped microstrip antenna decreases. Also, as N decreases, the decrease width of the polarization angle according to the inclination is large. When N is 3 or more, there is hardly any change in the polarization angle according to the inclination. Therefore, when the number of steps is N = 1 or N = 2 as shown in FIGS. 5A and 5B, it is possible to more easily adjust the polarization angle by giving a slope to the step shape of the vertical shape.

본 명세서의 청구항들에서, 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로서 표현된 요소는 특정 기능을 수행하는 임의의 방식을 포괄하고, 이러한 요소는 특정 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합, 또는 특정 기능을 수행하기 위한 적합한 회로를 포함할 수 있다. In the claims hereof, the elements depicted as means for performing a particular function encompass any way of performing a particular function, such elements being intended to encompass a combination of circuit elements that perform a particular function, Lt; / RTI >

본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일실시예' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일실시예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.Reference throughout this specification to " one embodiment ", etc. of the principles of the invention, and the like, as well as various modifications of such expression, are intended to be within the spirit and scope of the appended claims, it means. Thus, the appearances of the phrase " in one embodiment " and any other variation disclosed throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment.

본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is to be understood that all embodiments and conditional statements disclosed herein are intended to assist the reader in understanding the principles and concepts of the present invention to those skilled in the art, It will be understood that the invention may be embodied in various other forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

Claims (14)

유전체 기판 상에 배치되는 급전 라인; 및
상기 급전 라인으로부터 RF 신호를 급전 받는 단위 방사 소자
를 포함하고,
상기 단위 방사 소자는 적어도 하나의 계단 구조를 포함하고,
상기 단위 방사 소자는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조이고,
상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함하고,
상기 적어도 하나의 계단 구조의 계단 단수는 구현하고자 하는 편파 각도 및 상기 경사진 구조의 경사 각도에 따라 결정되고,
상기 단위 방사 소자의 길이와 폭을 고정시킨 상태에서 상기 적어도 하나의 계단 구조 각각의 높이의 전체 합과 상기 적어도 하나의 계단 구조의 수를 변화시킴으로써 방사되는 전자파의 편파 각도를 조절할 수 있는
마이크로스트립 안테나.
A feed line disposed on the dielectric substrate; And
A unit radiating element for receiving an RF signal from the feeding line,
Lt; / RTI >
Wherein the unit radiating element includes at least one step structure,
Wherein the unit radiating elements are point symmetrical with respect to the center of the unit radiating elements,
Wherein the at least one step structure includes an inclined structure between adjacent layers,
Wherein the step number of the at least one step structure is determined according to a polarization angle to be implemented and an inclination angle of the inclined structure,
Wherein the unit radiating element has a length and a width fixed, and the total sum of the height of each of the at least one step structure and the number of the at least one step structure are varied to adjust the polarization angle of the radiated electromagnetic wave
Microstrip antenna.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단위 방사 소자는, 인접 계단 간 높이 차이를 조정함으로써 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 비대칭 구조인 마이크로스트립 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the unit radiating element is an asymmetric structure with respect to the center of the unit radiating element by adjusting a height difference between adjacent steps.
제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함하는 마이크로스트립 안테나.
6. The method of claim 5,
Wherein the at least one step structure comprises an inclined structure between adjacent layers.
제1항에 있어서,
상기 계단 구조의 높이 차이에 따라 공진 주파수가 조절되는 마이크로스트립 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the resonant frequency is adjusted according to a height difference of the step structure.
유전체 기판 상에 배치되는 급전 라인; 및
상기 급전 라인으로부터 RF 신호를 급전 받는 적어도 하나의 단위 방사 소자
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 단위 방사 소자는 계단 구조를 포함하고,
상기 단위 방사 소자는, 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 점대칭 구조이고,
상기 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함하고,
상기 단위 방사 소자의 상기 계단 구조의 계단 단수는 구현하고자 하는 편파 각도 및 상기 경사진 구조의 경사 각도에 따라 결정되고
상기 단위 방사 소자의 길이와 폭을 고정시킨 상태에서 상기 적어도 하나의 계단 구조 각각의 높이의 전체 합과 상기 적어도 하나의 계단 구조의 수를 변화시킴으로써 방사되는 전자파의 편파 각도를 조절할 수 있는
마이크로스트립 배열 안테나.
A feed line disposed on the dielectric substrate; And
At least one unit radiating element for feeding an RF signal from the feeding line,
Lt; / RTI >
Wherein the at least one unit radiating element comprises a stepped structure,
Wherein the unit radiating elements are point symmetrical with respect to the center of the unit radiating elements,
The stepped structure including a tapered structure between adjacent layers,
The step number of the stepped structure of the unit radiating element is determined according to a polarization angle to be implemented and a tilt angle of the tilted structure
Wherein the unit radiating element has a length and a width fixed, and the total sum of the height of each of the at least one step structure and the number of the at least one step structure are varied to adjust the polarization angle of the radiated electromagnetic wave
Microstrip array antenna.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제8항에 있어서,
상기 단위 방사 소자는, 인접 계단 간 높이 차이를 조정함으로써 상기 단위 방사 소자 중심을 기준으로 비대칭 구조인 마이크로스트립 배열 안테나.
9. The method of claim 8,
Wherein the unit radiating element has an asymmetric structure with respect to the center of the unit radiating element by adjusting a height difference between adjacent steps.
제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 계단 구조는 인접한 층 사이에 경사진 구조를 포함하는 마이크로스트립 배열 안테나.
13. The method of claim 12,
Wherein the at least one step structure comprises a tapered structure between adjacent layers.
제8항에 있어서,
상기 계단 구조의 높이 차이에 따라 공진 주파수가 조절되는 마이크로스트립 배열 안테나.
9. The method of claim 8,
Wherein a resonance frequency is adjusted according to a height difference of the step structure.
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