KR101897762B1 - Monopole-type log-periodic loop antennas with a ground reflector for mobile communications - Google Patents

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KR101897762B1
KR101897762B1 KR1020170082666A KR20170082666A KR101897762B1 KR 101897762 B1 KR101897762 B1 KR 101897762B1 KR 1020170082666 A KR1020170082666 A KR 1020170082666A KR 20170082666 A KR20170082666 A KR 20170082666A KR 101897762 B1 KR101897762 B1 KR 101897762B1
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김정일
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Abstract

The present invention relates to a log-periodic multiloop antenna having a ground reflector and a monopole for mobile communication to increase mobile communication performance. According to one embodiment of the present invention, the log-periodic multiloop antenna comprises: a loop radiating unit in which a plurality of loop element antennas including a first loop element and a second loop element are periodically arranged; a feeding unit connected to the first loop element; a ground reflection unit positioned below the first loop element and formed into a ground plane; and a fixing unit positioned on the central axis of the loop radiating unit and formed to penetrate the ground reflection unit.

Description

이동통신을 위한 반사판과 간극을 갖는 대수-주기 다중 루프 안테나{MONOPOLE-TYPE LOG-PERIODIC LOOP ANTENNAS WITH A GROUND REFLECTOR FOR MOBILE COMMUNICATIONS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a monopole-periodic multi-

본 발명은 이동통신을 위한 반사판과 간극을 갖는 대수-주기 다중 루프 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a logarithm-periodic multiple loop antenna having a reflector and a gap for mobile communication.

모바일 통신의 급격한 성장으로 다양한 형태의 무선통신장치가 등장함에 따라 무선통신장치의 소형화 및 경량화, 광대역 통신 및 고속 통신에 대한 사용자들의 요구가 증대되고 있다. 이에 따라 무선통신장치에 사용되는 안테나를 소형화 및 경량화하며 이득과 대역폭을 증가시키기 위한 다양한 안테나 설계 기술들이 개발되고 있으며, 금속판 안테나(metal plate antenna) 대비 경량이며 높은 이득을 얻을 수 있는 와이어 안테나(wire antenna)에 대한 관심이 증가하고 있다.2. Description of the Related Art [0002] With the rapid growth of mobile communication, various types of wireless communication devices are emerging, and users are increasingly demanded for miniaturization and weight reduction of wireless communication devices, broadband communication and high-speed communication. Accordingly, various antenna design techniques have been developed to reduce the size and weight of the antenna used in the wireless communication device and to increase the gain and bandwidth. In addition, a wire antenna (wire antenna) is increasing.

도 1은 종래 대수 주기 루프 안테나 구조이다.1 is a conventional logarithmic period loop antenna structure.

도 1은 주파수에 따른 임피던스와 방사특성을 고려하여 대수로써 주기적으로 반복하는 구조의 대수 주기 안테나(log periodic antenna)이며, 도전성 와이어로 구현되는 콘(cone) 형상의 루프 방사체를 포함한다. 여기서, 루프 방사체는 n개의 루프 요소를 포함한다.FIG. 1 is a log periodic antenna with periodic repetition as logarithm in consideration of impedance and radiation characteristics according to frequency, and includes a cone-shaped loop radiator implemented as a conductive wire. Here, the loop radiator includes n loop elements.

도 1의 대수 주기 루프 안테나는 대수 주기 다이폴 안테나 대비 횡단면이 2/π 만큼 감소(대수 주기 루프 안테나의 루프 요소 및 대수 주기 다이폴 안테나의 다이폴 요소의 공진 파장이 동작 주파수와 동일한 경우)되나, 급전점에 발룬(balun)을 배치하여 평형 급전선로(a, b)와 불평형 동축선로(c)를 연결해야 하는 점에서 소형화 및 경량화에 한계가 있다.The logarithmic period loop antenna of FIG. 1 decreases the cross section by 2 /? Compared to the logarithmic period dipole antenna (when the resonant wavelength of the loop element of the logarithmic period loop antenna is equal to the operating frequency of the dipole element of the logarithmic periodic dipole antenna) Balun is disposed in the balancing feeder lines (a, b) and the unbalanced coaxial line (c), so that miniaturization and weight reduction are limited.

도 1의 발룬은 RF 송수신기와 연결된 불평형 선로와 안테나의 평형 선로 사이에 위치하며, 불평형 신호(unbalanced signal)와 평형 신호(balanced signal)간의 변환 및 동축선로와 안테나 급전선로의 임피던스 정합을 수행한다. 그러나 발룬을 사용하는 경우 안테나의 크기가 증가하며, 임피던스 변환 과정에서 신호의 손실이 발생할 수 있다.The balun of FIG. 1 is located between the unbalanced line connected to the RF transceiver and the balanced line of the antenna, and performs conversion between an unbalanced signal and a balanced signal and impedance matching between the coaxial line and the antenna feed line. However, if the balun is used, the size of the antenna increases, and signal loss may occur during the impedance conversion process.

본 발명의 일 실시예가 해결하려는 과제는 도전성 와이어로 구현되는 대수 주기 구조, 불평형 직접 급전 구조 및 접지 반사부를 포함하는 대수-주기 다중 루프 안테나를 제공하는 것이다.An object to be solved by one embodiment of the present invention is to provide an algebraic-periodic multiple loop antenna including an algebraic periodic structure, an unbalanced direct feeding structure, and a grounded reflector, which are embodied by a conductive wire.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.Embodiments according to the present invention can be used to accomplish other tasks not specifically mentioned other than the above-described tasks.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 제1 루프 요소 및 제1 루프 요소와 인접하여 위치하는 제2 루프 요소를 포함하는 복수개의 루프 요소(loop element)가 대수 주기적으로 배열되어 있는 루프 방사부, 제1 루프 요소와 연결되어 있는 급전부, 제1 루프 요소 아래에 위치하며 접지 평면(ground plane)으로 형성되어 있는 접지 반사부, 그리고 루프 방사부의 중심축에 위치하며 접지 반사부를 관통하여 형성되어 있는 고정부를 포함하며, 급전부는 고정부를 통해 무선통신 단말기의 RF 송수신기와 연결되어 있는 급전 라인, 그리고 접지 반사부와 이격되어 급전 간극(feeding gap)이 형성되어 있는 쇼트 라인부를 포함하는 대수-주기 다중 루프 안테나를 제안한다.In order to solve the above problem, an embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of loop elements including a first loop element and a second loop element positioned adjacent to the first loop element are arranged periodically A power supply connected to the first loop element, a ground reflector positioned below the first loop element and formed as a ground plane, and a ground reflector positioned on the central axis of the loop radiator, The power feeding unit includes a feed line connected to the RF transceiver of the wireless communication terminal through the fixed unit and a short line unit spaced apart from the ground reflecting unit and having a feeding gap formed therein Loop multi-loop antenna.

여기서, 복수개의 루프 요소는 도전성 와이어로 형성될 수 있다.Here, the plurality of loop elements may be formed of a conductive wire.

또한, 복수개의 루프 요소는 루프 영역의 제1 영역에 위치하는 와이어 연결부를 포함하며, 제1 루프 요소와 제2 루프 요소는 와이어 연결부를 통해 물리적으로 연결될 수 있다.Further, the plurality of loop elements may include a wire connection portion located in a first region of the loop region, and the first loop component and the second loop component may be physically connected through a wire connection portion.

또한, 제1 영역의 너비는 급전선로 간격이며, 제1 루프 요소의 급전선로 간격과 제2 루프 요소의 급전선로 간격은 서로 다르게 형성될 수 있다.Also, the width of the first region may be a gap between the feed lines, and the gap between the feed line of the first loop element and the feed line of the second loop element may be formed differently.

또한, 제1 영역의 너비는 급전선로 간격이며, 제1 루프 요소의 급전선로 간격과 제2 루프 요소의 급전선로 간격은 동일하게 형성될 수 있다.In addition, the width of the first region may be a distance between the feed lines, and the gap between the feed line spacing of the first loop element and the feed line spacing of the second loop element may be the same.

또한, 루프 방사부는 원뿔 형상을 포함할 수 있다.In addition, the loop radiating portion may include a conical shape.

또한, 루프 방사부는 각뿔 형상을 포함할 수 있다.Further, the loop radiating portion may include a pyramid shape.

또한, 제1 루프 요소와 접지 반사부 사이의 거리에 따라 방사 빔폭이 향상될 수 있다.In addition, the radiation beam width can be improved according to the distance between the first loop element and the ground reflection part.

또한, 제1 루프 요소와 접지 반사부 사이의 급전 간극의 폭 거리에 따라 방사 빔폭이 향상될 수 있다.In addition, the width of the radiation beam can be improved according to the width distance of the feed gap between the first loop element and the ground reflection part.

또한, 수학식

Figure 112017062583860-pat00001
을 통해 산출된 간격 인자 σ1에 기초하여 복수개의 루프 요소가 배열될 수 있다.In addition,
Figure 112017062583860-pat00001
A plurality of loop elements can be arranged based on the spacing factor σ 1 calculated through the above-described method.

(여기서, τ는 크기 인자로

Figure 112017062583860-pat00002
로 산출되며, ai는 i번째 루프 요소의 와이어 반경, aj는 j번째 루프 요소의 와이어 반경, bi는 i번째 루프 요소의 반경, bj는 j번째 루프 요소의 반경, α는 상기 루프 방사체의 중심내각, C1은 0.5 이상의 실수값이다.)(Where < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017062583860-pat00002
Is calculated by, a i is the i-th loop elements of the wire radius, a j is the j-th wire radius, b i of the loop element radius of the i radius of the second loop element, b j is the j-th loop element, α is the loop C 1 is the real value of 0.5 or more.)

또한, 수학식

Figure 112017062583860-pat00003
을 통해 산출된 간격 인자 σ2에 기초하여 복수개의 루프 요소가 배열될 수 있다.In addition,
Figure 112017062583860-pat00003
A plurality of loop elements may be arranged based on the spacing factor σ 2 calculated by the above-described method.

(여기서, τ는 크기 인자로

Figure 112017062583860-pat00004
로 산출되며, ai는 i번째 루프 요소의 와이어 반경, aj는 j번째 루프 요소의 와이어 반경, bi는 i번째 루프 요소의 반경, bj는 j번째 루프 요소의 반경, α는 상기 루프 방사체의 중심내각, C2은 0.5 이상의 실수값이다.)(Where < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017062583860-pat00004
Is calculated by, a i is the i-th loop elements of the wire radius, a j is the j-th wire radius, b i of the loop element radius of the i radius of the second loop element, b j is the j-th loop element, α is the loop C 2 is the real value of 0.5 or more.)

또한, 복수개의 루프 요소 중 너비가 가장 큰 루프 요소보다 접지 반사부의 너비가 크게 형성될 수 있다.In addition, the width of the ground reflection part may be larger than the loop element having the largest width among the plurality of loop elements.

또한, 복수개의 루프 요소 중 너비가 가장 큰 루프 요소보다 접지 반사부의 너비가 작게 형성될 수 있다.In addition, the width of the ground reflection part may be smaller than the loop element having the largest width among the plurality of loop elements.

본 발명의 실시예에 따르면 안테나 구조를 간소화하여 소형화 및 경량화시킬 수 있으며, 방사 빔폭을 확장하여 무선통신 성능을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the antenna structure can be simplified, downsized and lightened, and the radiation beam width can be expanded to improve the wireless communication performance.

도 1은 종래 대수 주기 루프 안테나 구조이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수-주기 다중 루프 안테나 구조이다.
도 3은 도 2의 루프 방사부의 설계 파라미터를 나타낸다.
도 4는 도 2의 루프 방사부 및 급전부의 세부 구조이다.
도 5는 도 2의 루프 방사부의 중심내각에 따른 안테나 이득 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1의 안테나와 도 2의 안테나에 대한 원거리 영역(far-field) 전력 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.1 is a conventional logarithmic period loop antenna structure.
2 is a log-periodic multiple loop antenna structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the design parameters of the loop radiator of Figure 2;
4 is a detailed structure of the loop radiation part and the feed part in Fig.
5 is a graph showing changes in antenna gain along the center internal angle of the loop radiator of FIG.
FIG. 6 is a graph showing the far-field power radiation pattern for the antenna of FIG. 1 and the antenna of FIG. 2;

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려진 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In the case of publicly known technologies, detailed description thereof will be omitted.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when a part is referred to as "including " an element, it is to be understood that it may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대수-주기 다중 루프 안테나에 대해 설명한다.Hereinafter, a log-periodic multiple loop antenna according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수-주기 다중 루프 안테나 구조이다.2 is a log-periodic multiple loop antenna structure according to an embodiment of the present invention.

도 2의 대수-주기 다중 루프 안테나(100)는 RF 신호를 송수신하며, 루프 방사부(110), 루프 방사부(110)에 연결되어 있는 급전부(120), 급전부(120)와 RF 송수신기(150)를 연결하는 고정부(130), 그리고 루프 방사부(110) 아래에 위치하는 접지 반사부(140)를 포함한다. 여기서, RF 송수신기(150)는 무선통신 단말 시스템에 위치한다.The multipath-period multiple loop antenna 100 of FIG. 2 transmits and receives RF signals and includes a loop radiator 110, a feeder 120 connected to the loop radiator 110, a feeder 120, A fixing part 130 connecting the light emitting part 150 and a ground reflection part 140 positioned below the loop radiation part 110. Here, the RF transceiver 150 is located in the wireless communication terminal system.

루프 방사부(110)는 복수개의 루프 요소(loop element)가 대수 주기적으로 배열되어 있는 원뿔(cone) 형상으로 인접한 루프 요소들은 서로 연결되어 있다. 여기서, 루프 요소는 도전성 와이어를 포함하며, 복수개의 루프 요소는 서로 다른 루프 형상, 루프 반경, 급전선로 간격 및 급전 간극(feeding gap)을 포함한다.The loop radiator 110 has a cone shape in which a plurality of loop elements are logarithmically arranged periodically, and adjacent loop elements are connected to each other. Here, the loop element includes a conductive wire, and the plurality of loop elements include different loop shapes, loop radius, feed line spacing, and feeding gap.

도 3은 도 2의 루프 방사부의 설계 파라미터를 나타낸다.Figure 3 shows the design parameters of the loop radiator of Figure 2;

도 3은 대수 주기 다중 루프 안테나의 루프 요소 개수(n), 와이어 반경(a), 루프 요소 반경(b), 루프 요소 사이의 거리(d) 및 콘 방사체의 중심내각(α) 등의 설계 파라미터를 나타내며, 아래의 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 각각 크기 인자 τ(scale factor)와 간격 인자 σ(spacing factor)를 산출할 수 있다.3 is a graph showing the relationship between design parameters such as the loop element number (n), the wire radius (a), the loop element radius (b), the distance between the loop elements (d) And a scale factor τ (space factor) and a spacing factor σ (spacing factor) can be calculated using the following equations (1) and (2), respectively.

Figure 112017062583860-pat00005
Figure 112017062583860-pat00005

Figure 112017062583860-pat00006
Figure 112017062583860-pat00006

여기서, aj는 j번째 루프 요소의 와이어 반경, bj는 j번째 루프 요소의 반경, di는 i번째 루프 요소에서 i-1번째 루프 요소까지의 거리이다.Where a j is the radius of the jth loop element, b j is the radius of the jth loop element, and d i is the distance from the i th loop element to the i-1 th loop element.

또한, 대수 주기 다중 루프 안테나의 루프 요소의 개수를 줄이기 위해 아래의 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 간격 인자 σ를 산출할 수 있다.Also, in order to reduce the number of loop elements of the log-phase period multiple loop antenna, the interval factor? Can be calculated using the following equations (3) and (4).

Figure 112017062583860-pat00007
Figure 112017062583860-pat00007

Figure 112017062583860-pat00008
Figure 112017062583860-pat00008

여기서, C1과 C2는 0.5 이상, 4 미만의 실수 값이며, 4 이상의 실수 값을 이용하는 경우 루프 요소를 더 조밀하게 배열할 수 있다.Here, C 1 and C 2 are real numbers less than or equal to 0.5 and less than 4, and loop elements can be arranged more densely when real numbers of 4 or more are used.

예를 들어, τ=0.84, α=30°, C2=6 일 때, 수학식 4를 통해 간격 인자 σ2는 0.103으로 산출된다. 이때, bn=5 이면 수학식 2(

Figure 112017062583860-pat00009
)에 의해 dn=2.06로 산출되므로, 도 4에서 #n 루프 요소와 #n-1 루프 요소 사이의 간격은 2.06이다.For example, when τ = 0.84, α = 30 °, and C 2 = 6, the spacing factor σ 2 is calculated to be 0.103 through equation (4). At this time, if b n = 5,
Figure 112017062583860-pat00009
) Because d = n calculated as 2.06 by a in Fig. 4, the spacing between the loop element #n and # n-1 loop element is 2.06.

다시 도 2의 설명으로 돌아가서, 급전부(120)는 루프 방사부(110)의 루프 요소와 연결되어 있는 급전 라인(feed line)(121)과 쇼트 라인부(short line)(122)을 포함한다.2, the feeding part 120 includes a feed line 121 and a short line 122 connected to a loop element of the loop radiating part 110 .

급전 라인(121)은 루프 방사부(110)의 중심축에 위치하고 고정부(130)를 통해 RF 송수신기(150)에 연결되며, 루프 방사부(110)와 RF 송수신기(150) 사이에서 신호를 전달한다.The feed line 121 is located on the central axis of the loop radiator 110 and is connected to the RF transceiver 150 through the fixing unit 130 and transmits a signal between the loop radiator 110 and the RF transceiver 150 do.

쇼트 라인부(122)는 고정부(130) 및 접지 반사부(140)와 이격되어 위치하며, 급전 간극(feeding gap)을 포함한다. 예를 들어, 쇼트 라인부(122)는 고정부(130)의 외주부 또는 상부로부터 소정거리 이격되어 위치하며, 접지 반사부(140)로부터 소정거리 이격되어 위치할 수 있다. 이때, 급전 간극(feeding gap)은 약 2mm 이다.The short line portion 122 is located apart from the fixing portion 130 and the ground reflection portion 140 and includes a feeding gap. For example, the short line portion 122 may be located at a predetermined distance from the outer circumferential portion or the upper portion of the fixing portion 130, and may be located at a predetermined distance from the ground reflecting portion 140. At this time, the feeding gap is about 2 mm.

본 발명의 일 실시예에서는 급전 라인(121)과 쇼트 라인부(122)를 형성하여 루프 방사부(110)와 RF 송수신기(150)의 신호 파형을 맞출 수 있다. 이때, 임피던스 정합은 RF 송수신기(150) 또는 이동통신 단말 시스템에서 별도의 모듈을 통해 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the feed line 121 and the short line portion 122 may be formed to match the signal waveforms of the loop radiation unit 110 and the RF transceiver 150. At this time, the impedance matching may be performed through a separate module in the RF transceiver 150 or the mobile communication terminal system.

도 4는 도 2의 루프 방사부 및 급전부의 세부 구조이다.4 is a detailed structure of the loop radiation part and the feed part in Fig.

도 4에서는 루프 방사부(110)가 7개의 루프 요소를 포함하며 원형고리의 방사체로 구현되는 것을 예로 들어 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 7개 미만 또는 7개를 초과하는 루프 요소를 포함하며, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상의 방사체로 구현될 수 있다.In FIG. 4, the loop radiation unit 110 includes seven loop elements and is implemented as a circular ring emitter. However, the present invention is not limited thereto and may be applied to a case where less than seven loop elements or more than seven loop elements And may be embodied as a radiator of various shapes such as elliptical, polygonal, and the like.

도 4에서 루프 방사부(110)는 제1 루프 요소(111), 제2 루프 요소(112),…, 제6 루프 요소(116) 및 제7 루프 요소(117)를 포함한다. 여기서, 제1 루프 요소(111)는 접지 반사부(140)와 가장 가까운 곳에 위치하며, 제7 루프 요소(117)는 접지 반사부(140)와 가장 먼 곳에 위치한다. 이때, 루프 요소의 반경은 루프 요소와 접지 반사부(140)의 거리에 비례하며, 제7 루프 요소(117)의 반경은 제1 루프 요소(111)의 반경보다 크다.4, the loop radiator 110 includes a first loop element 111, a second loop element 112, A sixth loop element 116 and a seventh loop element 117. [ Here, the first loop element 111 is located closest to the ground reflection part 140, and the seventh loop element 117 is located the farthest from the ground reflection part 140. At this time, the radius of the loop element is proportional to the distance between the loop element and the ground reflection part 140, and the radius of the seventh loop element 117 is larger than the radius of the first loop element 111.

도 4에서 루프 요소의 제1 영역(S)에는 와이어 연결부가 위치하며, 하나의 루프 요소는 와이어 연결부를 통해 인접한 다른 루프 요소와 연결된다. 이때, 와이어 연결부는 루프 요소로부터 연장되는 도전성 와이어일 수 있다.4, a wire connection is located in the first area S of the loop element, and one loop element is connected to another adjacent loop element through a wire connection. At this time, the wire connection portion may be a conductive wire extending from the loop element.

예를 들어, 제7 루프 요소(117)는 제1 와이어 연결부(117-1)와 제2 와이어 연결부(117-2)를 포함하며, 제1 와이어 연결부(117-1)와 제2 와이어 연결부(117-2)를 통해 제6 루프 요소(116)와 연결된다(접점 n’, n”). 이때, 제1 와이어 연결부(117-1)와 제2 와이어 연결부(117-2)는 교차되어 위치하나, 교차점(m)이 접촉되지 않는다. 즉, 제1 와이어 연결부(117-1)와 제2 와이어 연결부(117-2)는 이격되어 있다.For example, the seventh loop element 117 includes a first wire connection 117-1 and a second wire connection 117-2, and a first wire connection 117-1 and a second wire connection 117-2, 117-2 to the sixth loop element 116 (contact n ', n "). At this time, the first wire connection part 117-1 and the second wire connection part 117-2 are located in an intersecting position, but the intersection m is not contacted. That is, the first wire connection part 117-1 and the second wire connection part 117-2 are spaced apart from each other.

도 4에서 제1 루프 요소(111) 내지 제7 루프 요소(117)의 급전선로 간격은 서로 다르다. 예를 들어, 제6 루프 요소(116)의 급전선로 간격은 n'에서 n"까지의 거리이며, 제5 루프 요소(115)의 급전선로 간격은 p'에서 p"까지의 거리이다.In FIG. 4, the feed line spacings of the first loop element 111 to the seventh loop element 117 are different from each other. For example, the feed line spacing of the sixth loop element 116 is a distance from n 'to n' ', and the feed line spacing of the fifth loop element 115 is a distance from p' to p ''.

도 4에서 급전 라인(121)과 쇼트 라인부(122)는 제1 루프 요소(111)와 연결되어 있다. 이때, 급전 라인(121)과 쇼트 라인부(122)는 제1 루프 요소(111)의 일부 영역에 위치하는 두 개의 와이어 연결부일 수 있다.In FIG. 4, the feed line 121 and the short line portion 122 are connected to the first loop element 111. In this case, the feed line 121 and the short line portion 122 may be two wire connection portions located in a partial region of the first loop element 111.

다시 도 2의 설명으로 돌아가서, 고정부(130)는 접지 반사부(140)를 통과하여 위치하며, 내부에 급전 라인(121)를 통과시켜 RF 송수신기(150)와 연결시킨다.Referring back to FIG. 2, the fixing unit 130 passes through the grounding reflector 140 and passes through the feed line 121 to connect to the RF transceiver 150.

접지 반사부(140)는 도전성 반사기로 루프 방사부(110) 아래에 수평 방향으로 위치한다. 구체적으로, 접지 반사부(140)는 루프 방사부(110)와 RF 송수신기(150) 사이에 위치하며, 접지 반사부(140)의 너비는 도 5의 제7 루프 요소(117)의 너비보다 크거나, 제7 루프 요소(117)의 너비보다 작다(접지 반사부(140)의 너비 > 0). 이때, 접지 반사부(140)의 너비를 제7 루프 요소(117)의 너비보다 크게 구현하면 배면 방사를 줄여 지향성을 높일 수 있다. 또한, 접지 반사부(140)의 너비를 제7 루프 요소(117)의 너비보다 작게 구현하면 배면 쪽으로의 방사를 용이하게 할 수 있다.The ground reflector 140 is positioned horizontally below the loop radiator 110 as a conductive reflector. Specifically, the ground reflector 140 is located between the loop radiator 110 and the RF transceiver 150, and the width of the ground reflector 140 is larger than the width of the seventh loop element 117 of FIG. 5 Or less than the width of the seventh loop element 117 (width of the ground reflector 140 > 0). At this time, if the width of the ground reflection part 140 is made larger than the width of the seventh loop element 117, the back surface radiation can be reduced and the directivity can be increased. If the width of the ground reflection part 140 is smaller than the width of the seventh loop element 117, radiation toward the back surface can be facilitated.

도 5는 도 2의 루프 방사부의 중심내각에 따른 안테나 이득 변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing changes in antenna gain along the center internal angle of the loop radiator of FIG.

도 5는 1GHz 내지 4GHz의 주파수 범위에서 6개의 루프 요소를 포함하는 대수-주기 다중 루프 안테나의 xz 평면의 이득 특성을 나타낸다. 이때, 대수-주기 다중 루프 안테나의 크기 인자 τ는 0.84이며, 중심 내각 α가 30°, 45°, 60°일때 간격 인자 σ는 각각 0.149, 0.097, 0.069이다.5 shows the gain characteristics of the xz plane of the log-periodic multiple loop antenna including six loop elements in the frequency range of 1 GHz to 4 GHz. The size factor τ of the log-periodic multiple loop antenna is 0.84, and the spacing factors σ are 0.149, 0.097, and 0.069, respectively, when the central angle α is 30 °, 45 °, and 60 °.

도 5에서 약 2GHz 내지 2.5GHz의 주파수 범위에서 중심 내각이 30°인 경우 총 이득은 10dBi 이상이나(이득 변화는 3dB 미만), 중심 내각이 45°및 60°인 경우 총 이득은 10dBi 이하이다. 이로 인해, 중심 내각이 작을수록 안테나 이득이 높으며 방향성이 증가함을 확인할 수 있다.5, the total gain is less than 10 dBi (the gain variation is less than 3 dB) when the center angle is 30 DEG in the frequency range of about 2 GHz to 2.5 GHz, but the total gain is less than 10 dBi when the center angle is 45 DEG and 60 DEG. As a result, it can be seen that the smaller the center internal angle, the higher the antenna gain and the better the directionality.

도 6은 도 1의 안테나와 도 2의 안테나에 대한 원거리 영역(far-field) 전력 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the far-field power radiation pattern for the antenna of FIG. 1 and the antenna of FIG. 2;

도 6의 그래프 (a)는 2.8GHz에서 xz 평면의 전력 방사 패턴을 나타내며, 그래프 (b)는 2.8GHz에서 yz 평면의 전력 방사 패턴을 나타낸다.Graph (a) of FIG. 6 shows the power radiation pattern of the xz plane at 2.8 GHz, and graph (b) shows the power radiation pattern of the yz plane at 2.8 GHz.

ESP code(전자기 표면 패치 코드, Electromagnetic surface patch code)에 따르면, xz 평면과 yz 평면에서 10-dB 빔폭은 종래 안테나의 경우 각각 86°와 약 76°이며, 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 경우 각각 240°와 212°이므로, 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 종래 안테나 대비 xz 평면과 yz 평면에서 각각 약 154°, 136°만큼 빔폭이 확장된 것을 확인할 수 있다.According to the ESP code (electromagnetic surface patch code), the 10-dB beam width in the xz plane and the yz plane is 86 ° and about 76 ° in the case of the conventional antenna, respectively. In the case of the antenna according to the embodiment of the present invention The antenna according to the embodiment of the present invention has a beam width expanded by about 154 ° and 136 ° in the xz plane and the yz plane, respectively, compared to the conventional antenna.

본 발명의 실시예에 따르면 도전성 와이어를 이용하여 대수-주기 구조의 루프 방사체를 구현하여 대수-주기 다이폴 안테나 대비 횡단면의 크기를 감소시키고, 방사 빔폭을 확장시켜 무선통신 성능을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, a loop radiator having a logarithmic-periodic structure can be implemented using a conductive wire, thereby reducing the size of the cross section of the log-periodic dipole antenna and improving the radio communication performance by extending the radiation beam width.

본 발명의 실시예에 따르면 안테나 방사체의 불평형 직접 급전 구조를 구현하여 임피던스 정합을 위한 발룬을 제거함으로써 안테나의 구조를 간소화하며 경량화 및 소형화시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the unbalanced direct feeding structure of the antenna radiator is implemented, and the balun for impedance matching is removed, so that the structure of the antenna can be simplified, lightened, and miniaturized.

본 발명의 실시예에 따르면 루프 방사체 하부에 접지 반사부를 배치하여 안테나 이득을 증가시키고 배면 방사를 줄여 지향성을 향상시킬 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the ground reflection part may be disposed under the loop radiator to increase the antenna gain and reduce the back radiation, thereby improving the directivity.

본 발명의 실시예에 따른 대수 주기 다중 루프 안테나는 소형화 및 경량화가 가능하므로 약 1.0 내지 2.8GHz 주파수 범위 즉, CDMA(Code Division Multiple Access), PCS(Personal Communication Service) 및 LTE(Long Term Evolution) 등의 이동통신분야에 활용할 수 있다.Since the logarithmic period multiple loop antenna according to the embodiment of the present invention can be miniaturized and lightweight, it can be used in a frequency range of about 1.0 to 2.8 GHz, that is, a code division multiple access (CDMA), a personal communication service (PCS) And the like.

본 발명의 실시예에 따른 대수 주기 다중 루프 안테나는 위성통신분야에 활용할 수 있다.The logarithmic period multiple loop antenna according to the embodiment of the present invention can be utilized in the field of satellite communication.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It belongs to the scope.

100 : 대수-주기 다중 루프 안테나
110 : 루프 방사부
120 : 급전부
121 : 급전 라인
122 : 쇼트 라인부
130 : 고정부
140 : 접지 반사부100: Algebraic-periodic multiple loop antenna
110:
120: Feeding part
121: feed line
122: short line portion
130:
140:

Claims (13)

제1 루프 요소 및 상기 제1 루프 요소와 인접하여 위치하는 제2 루프 요소를 포함하는 복수개의 루프 요소(loop element)가 대수 주기적으로 배열되어 있는 루프 방사부,
상기 제1 루프 요소와 연결되어 있는 급전부,
상기 제1 루프 요소 아래에 위치하며 접지 평면(ground plane)으로 형성되어 있는 접지 반사부, 그리고
상기 루프 방사부의 중심축에 위치하며 상기 접지 반사부를 관통하여 형성되어 있는 고정부를 포함하며,
상기 급전부는 상기 고정부를 통해 무선통신 단말기의 RF 송수신기와 연결되어 있는 급전 라인, 그리고 상기 접지 반사부와 이격되어 급전 간극(feeding gap)이 형성되어 있는 쇼트 라인부를 포함하고,
상기 제1 루프 요소와 상기 접지 반사부 사이의 급전 간극의 폭 거리에 따라 방사 빔폭이 향상되는 대수-주기 다중 루프 안테나. A loop radiating part in which a plurality of loop elements including a first loop element and a second loop element positioned adjacent to the first loop element are arrayed periodically,
A power feeding part connected to the first loop element,
A ground reflector positioned below the first loop element and formed as a ground plane, and
And a fixing portion which is located on a central axis of the loop radiating portion and is formed to penetrate the ground reflecting portion,
The power supply unit includes a feed line connected to the RF transceiver of the wireless communication terminal through the fixed unit, and a short line unit spaced apart from the ground reflection unit and having a feeding gap,
Wherein the radiation beam width is improved according to a width distance of a feed gap between the first loop element and the ground reflection part. 제1항에서,
상기 복수개의 루프 요소는 도전성 와이어로 형성되어 있는 대수-주기 다중 루프 안테나.The method of claim 1,
Wherein the plurality of loop elements are formed of conductive wires. 제1항에서,
상기 복수개의 루프 요소는 루프 영역의 제1 영역에 위치하는 와이어 연결부를 포함하며, 상기 제1 루프 요소와 상기 제2 루프 요소는 상기 와이어 연결부를 통해 물리적으로 연결되어 있는 대수-주기 다중 루프 안테나.The method of claim 1,
Wherein the plurality of loop elements comprise wire connections located in a first region of the loop region and wherein the first loop elements and the second loop elements are physically connected through the wire connections. 제3항에서,
상기 제1 영역의 너비는 급전선로 간격이며,
상기 제1 루프 요소의 급전선로 간격과 상기 제2 루프 요소의 급전선로 간격은 서로 다르게 형성되어 있는 대수-주기 다중 루프 안테나.4. The method of claim 3,
Wherein the width of the first region is spaced by a feed line,
Wherein the feed line spacing of the first loop element and the feed line spacing of the second loop element are different from each other. 제3항에서,
상기 제1 영역의 너비는 급전선로 간격이며,
상기 제1 루프 요소의 급전선로 간격과 상기 제2 루프 요소의 급전선로 간격은 동일하게 형성되어 있는 대수-주기 다중 루프 안테나.4. The method of claim 3,
Wherein the width of the first region is spaced by a feed line,
Wherein the feed line spacing of the first loop element and the feed line spacing of the second loop element are the same. 제1항에서,
상기 루프 방사부는 원뿔 형상을 포함하는 대수-주기 다중 루프 안테나.The method of claim 1,
Wherein the loop radiating portion comprises a conical shape. 제1항에서,
상기 루프 방사부는 각뿔 형상을 포함하는 대수-주기 다중 루프 안테나.The method of claim 1,
Wherein the loop radiating portion comprises a pyramid shape. 제1항에서,
상기 제1 루프 요소와 상기 접지 반사부 사이의 거리에 따라 방사 빔폭이 향상되는 대수-주기 다중 루프 안테나.The method of claim 1,
Wherein the radiation beam width is improved according to a distance between the first loop element and the ground reflection part. 삭제delete 제1항에서,
아래의 수학식을 통해 산출된 간격 인자 σ1에 기초하여 상기 복수개의 루프 요소가 배열되는 대수-주기 다중 루프 안테나.
Figure 112018030936059-pat00010

(여기서, τ는 크기 인자로
Figure 112018030936059-pat00011
로 산출되며, ai는 i번째 루프 요소의 와이어 반경, aj는 j번째 루프 요소의 와이어 반경, bi는 i번째 루프 요소의 반경, bj는 j번째 루프 요소의 반경, α는 상기 루프 방사부의 중심내각, C1은 0.5 이상의 실수값이다.)The method of claim 1,
Wherein the plurality of loop elements are arranged based on the spacing factor σ 1 calculated by the following equation:
Figure 112018030936059-pat00010

(Where < RTI ID = 0.0 >
Figure 112018030936059-pat00011
Is calculated by, a i is the i-th loop elements of the wire radius, a j is the j-th wire radius, b i of the loop element radius of the i radius of the second loop element, b j is the j-th loop element, α is the loop C 1 is a real number value of 0.5 or more.) 제1항에서,
아래의 수학식을 통해 산출된 간격 인자 σ2에 기초하여 상기 복수개의 루프 요소가 배열되는 대수-주기 다중 루프 안테나.
Figure 112018030936059-pat00012

(여기서, τ는 크기 인자로
Figure 112018030936059-pat00013
로 산출되며, ai는 i번째 루프 요소의 와이어 반경, aj는 j번째 루프 요소의 와이어 반경, bi는 i번째 루프 요소의 반경, bj는 j번째 루프 요소의 반경, α는 상기 루프 방사부의 중심내각, C2은 0.5 이상의 실수값이다.)The method of claim 1,
Wherein the plurality of loop elements are arranged based on a spacing factor σ 2 calculated by the following equation:
Figure 112018030936059-pat00012

(Where < RTI ID = 0.0 >
Figure 112018030936059-pat00013
Is calculated by, a i is the i-th loop elements of the wire radius, a j is the j-th wire radius, b i of the loop element radius of the i radius of the second loop element, b j is the j-th loop element, α is the loop C 2 is a real number value of 0.5 or more.) 제1항에서,
상기 복수개의 루프 요소 중 너비가 가장 큰 루프 요소보다 상기 접지 반사부의 너비가 크게 형성되는 대수-주기 다중 루프 안테나.The method of claim 1,
Wherein the width of the ground reflection part is larger than that of the loop element having the largest width among the plurality of loop elements. 제1항에서,
상기 복수개의 루프 요소 중 너비가 가장 큰 루프 요소보다 상기 접지 반사부의 너비가 작게 형성되는 대수-주기 다중 루프 안테나.The method of claim 1,
Wherein the width of the ground reflection part is smaller than that of the loop element having the largest width among the plurality of loop elements.
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