KR101948443B1 - 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패치 안테나 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 재밍신호, 간섭 등의 영향을 최소화함으로써 정확도를 극대화하기 위해 다수의 GPS(Global Positioning System) 안테나를 배열하여 패턴의 널(Null) 방향을 조절하는 CRPA(Controlled Reception Pattern Antenna)에서 GPS 배열안테나 단일소자로 사용될 수 있는 이중 대역 패치 안테나에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 개별 GPS(Global Positioning System) 안테나의 공진주파수 및/또는 이득특성을 독립적으로 조절할 경우 상호커플링이 강한 소형 CRPA(Controlled Reception Pattern Antenna) 배열 안테나에서 성능 튜닝에 용이하다.
본 발명에 따르면, 개별 GPS(Global Positioning System) 안테나의 공진주파수 및/또는 이득특성을 독립적으로 조절할 경우 상호커플링이 강한 소형 CRPA(Controlled Reception Pattern Antenna) 배열 안테나에서 성능 튜닝에 용이하다.
Description
본 발명은 패치 안테나 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 재밍신호, 간섭 등의 영향을 최소화함으로써 정확도를 극대화하기 위해 다수의 GPS(Global Positioning System) 안테나를 배열하여 패턴의 널(Null) 방향을 조절하는 CRPA(Controlled Reception Pattern Antenna)에서 GPS 배열안테나 단일소자로 사용될 수 있는 이중 대역 패치 안테나에 대한 것이다.
GPS(Global Positioning System) 패치 안테나는 위성들로부터 신호를 수신하여 현재의 위치를 추정하는데 사용되며, 군수 및 민수 목적으로 널리 이용되고 있다.
일반적으로 GPS 패치 안테나는 이중 대역에서 모두 공진이 잘 일어나도록 설계하기 위하여 2개의 서로 다른 크기의 공진 패치를 가지며, 이 공진 패치에 직접 급전 라인이 연결이 되는 직접 급전 구조, 커플링의 형태로 급전이 되는 간접 급전 구조, 또는 이 두 가지가 혼합된 구조를 사용하여 급전이 되는 방식으로 작동한다.
하지만 GPS 패치 안테나가 사용하는 두 개의 주파수인 GPS L1대역과 L2대역의 파장의 길이가 다르기 때문에 특정위치에 직접 급전되는 경우 임피던스 매칭이 상당히 민감도가 높아진다는 문제점이 있다.
이로 인해, 실제 GPS 안테나 설계 시 안테나 이득이 감소하거나 CP(Circular Polarization) 특성이 나타나지 않는 현상, CP 대역폭이 좁아지는 현상 등이 자주 발생 하게 된다.
이중 CP 특성을 나타내는 주파수 범위를 늘리기 위하여 하이브리드 칩커플러(Hybrid Chip Coupler)를 사용하여 두 개의 급전 라인 사이에 위상차를 90°로 유지하여 설계 민감도를 낮추면서 CP 대역폭을 넓히는 연구들이 많이 진행되고 있다.
그러나, 보다 GPS 패치 안테나의 성능을 극대화 하고 설계 민감도를 낮추기 위해서 간접 급전 구조의 GPS 안테나 형상에 대한 연구가 더 필요한 실정이다.
특히, 좁은 공간에 다수의 GPS 안테나가 장착되는 CRPA(Controlled Reception Pattern Antenna) 배열 안테나의 경우 안테나 간 상호 커플링에 의해 공진주파수가 천이되며, 이득이 저감되고 원형편파 특성이 왜곡되는 것이 일반적이다.
또한, 강한 상호커플링이 존재할 경우 주파수 및 이득 튜닝 시 설계변수에 대한 성능 민감도가 높고 두 대역간의 성능이 의존적이기 때문에 성능개선을 위해서는 많은 비용과 시간이 요구되는 실정이다.
1. 김영상외, "위성 DMB와 ITS 서비스 수신을 위한 단일 급전 이중 대역 원형 패치 안테나 설계"학술논문 한국전자파학회논문지 제17권 제9호 통권112호 (2006. 9) pp.866-873
2. Gangil Byun, Seung Mo Seo, Ikmo Park, Hosung Coo, "Design of Small CRPA Arrays for Dual-Band GPS Applications", IEICE Transaction Communication , 1130-1137, June 2014
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 패치 안테나의 성능을 극대화 하고 설계 민감도를 낮추기 위해 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 안테나 간 상호 커플링에 의해 공진주파수가 천이되며, 이득이 저감되고 원형편파 특성이 왜곡되는 현상을 방지하기 위한 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나를 제공한다.
상기 이중대역 패치 안테나(100)는,
기판(210);
상기 기판(210)의 상단면에 적층되며 제 1 폭은 갖는 유전체판(110);
상기 유전체판(110) 내에 설치되며 상기 기판(210)과 제 1 높이 이격 거리로 배치되며 제 2 폭을 갖는 하부 공진 패치(120);
상기 유전체판(110) 내에 설치되며 상기 하부 공진 패치(120)와 제 2 높이 이격 거리로 배치되며 제 4 폭을 가지며 상기 기판(210)으로부터 급전핀과 직접 연결되는 다수의 간접 급전 패드(141,142);
상기 유전체판(110)의 상단면에 적층되며 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)와 제 3 높이 이격 거리로 배치되며 제 3 폭을 갖는 상부 공진 패치(130);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)는 이중 공진이 가능하도록 서로 다른 공진 주파수를 갖는 하부 공진 패치(120)와 상부 공진 패치(130) 사이에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 이중대역 패치 안테나는, 90° 위상차 급전이 가능하도록 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)와 직접 연결되며 상기 기판(210)의 하단면에 설치되는 칩 커플러(230);를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 하부 공진 패치(120)와 상부 공진 패치(130)의 크기변경 없이 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)의 상하 이격인 제 2 높이 이격 또는 제 3 높이 이격의 조절만으로 이득이 튜닝되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 대역에서 공진하는 상기 상부 공진 패치(120)의 제 3 폭의 크기를 조절하여 상기 제 1 대역과 다른 제 2 대역의 주파수천이 없이 이득 및 정합 특성이 튜닝되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 제 2 대역에서 공진하는 상기 하부 공진 패치(120)의 제 2 폭의 크기를 조절하여 상기 제 2 대역과 다른 제 1 대역의 주파수천이 없이 이득 및 정합특성이 튜닝되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 하부 공진 패치(120)에는 상기 급전핀이 통과하는 주변과 상기 하부 공진 패치(120)가 접촉되지 않도록 원형홀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 폭은 85mm, 제 2 폭은 49.0mm, 제 3 폭은 38.2mm, 제 4 폭은 4.5mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 높이 이격은 4.4mm, 제 2 높이 이격은 8.6mm, 제 3 높이 이격은 1.4mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 개별 GPS(Global Positioning System) 안테나의 공진주파수 및/또는 이득특성을 독립적으로 조절할 경우 상호커플링이 강한 소형 CRPA(Controlled Reception Pattern Antenna) 배열 안테나에서 성능 튜닝에 용이하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 GPS L1 및 L2 대역에서 독립적인 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조 GPS 패치 안테나를 제시함으로써 두 개의 방사패치를 가지며, 하이브리드 칩 커플러와 연결된 두 개의 급전패드를 사이에 두고 있으므로 방사패치의 공진주파수 및 이득특성을 독립적으로 조절할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 시간 및 비용을 크게 절감할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중대역 패치 안테나(100)의 형상을 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이중대역 패치 안테나(100)의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 제시하는 안테나의 설계 파라미터를 보여주는 표이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이중대역 패치 안테나(100)의 성능을 검증하기 위해 실제 제작된 안테나의 형상을 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중대역 패치 안테나(100)의 성능을 검증하기 위해 실제 제작된 안테나의 형상을 보여주는 후면도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 RHCP(Right-Handed Circular Polarization) 이득 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프이다.
도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 축비 특성 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프이다.
도 8은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 3d 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 1.2276 GHz에서의 2-D 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 1.57542 GHz에서의 2-D 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 간접 급전 패드의 크기에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 간접 급전 패드의 높이에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 하부 공진 패치 크기의 변화에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 상부 공진 패치 크기의 변화에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 동작 주파수 1.2276 GHz에서의 H-field 분포를 나타내는 분포도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 동작 주파수 1.57542 GHz에서의 H-field 분포를 나타내는 분포도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이중대역 패치 안테나(100)의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 제시하는 안테나의 설계 파라미터를 보여주는 표이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이중대역 패치 안테나(100)의 성능을 검증하기 위해 실제 제작된 안테나의 형상을 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중대역 패치 안테나(100)의 성능을 검증하기 위해 실제 제작된 안테나의 형상을 보여주는 후면도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 RHCP(Right-Handed Circular Polarization) 이득 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프이다.
도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 축비 특성 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프이다.
도 8은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 3d 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 1.2276 GHz에서의 2-D 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 1.57542 GHz에서의 2-D 방사 패턴을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 간접 급전 패드의 크기에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 간접 급전 패드의 높이에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 하부 공진 패치 크기의 변화에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 상부 공진 패치 크기의 변화에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 동작 주파수 1.2276 GHz에서의 H-field 분포를 나타내는 분포도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 동작 주파수 1.57542 GHz에서의 H-field 분포를 나타내는 분포도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이중대역 패치 안테나(100)의 형상을 보여주는 평면도이다. 도 1은 상단부를 도시한 것으로 하단부도 이와 유사하게 형성된다. 도 2는 도 1에 도시된 이중대역 패치 안테나(100)의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이중대역 패치 안테나(100)는 유전체판(110), 하부 공진 패드(120), 상부 공진 패치(130), 제 1 및 제 2 간접 급전 패드(141,142) 등을 포함하여 구성된다.
부연하면, 이중대역 패치 안테나(100)는, 기판(210), 상기 기판(210)의 상단면에 적층되며 제 1 폭(W1)은 갖는 유전체판(110), 상기 유전체판(110) 내에 설치되며 상기 기판(210)과 제 1 높이 이격 거리(h1)로 배치되며 제 2 폭을(W2) 갖는 하부 공진 패치(120), 상기 유전체판(110) 내에 설치되며 상기 하부 공진 패치(120)와 제 2 높이 이격 거리로 배치되며 제 4 폭(W4)을 가지며 상기 기판(210)으로부터 급전핀과 직접 연결되는 제 1 및 제 2 간접 급전 패드(141,142), 상기 유전체판(110)의 상단면에 적층되며 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)와 제 3 높이 이격 거리(h3)로 배치되며 제 3 폭(W3)을 갖는 상부 공진 패치(130) 등을 포함하여 구성된다.
유전체판(110)에서 사용한 유전체는 FR4로 
=4.4, 
=0.018의 물성을 나타낸다. 여기서, 
는 유전율을 나타내며, 
는 손실율을 나타낸다.
칩 커플러(230)는 그라운드인 기판(210)의 아래에 부착하여 안테나 내부 모양에 영향을 주지 않는다. 또한, 칩 커플러(230)는 90°위상차 급전이 가능하도록 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)와 직접 연결되며 상기 기판(210)의 하단면에 설치된다. 이 칩 커플러(230)는 하이브리드 칩 커플러가 될 수 있다.
기판(210)은 PCB(Printed Circuit Board)로서, 상단면에 접지층이 형성된다.
하부 공진 패치(120)가 GPS(Global Positioning System) L2 대역(중간 주파수 1.2276 GHz) 공진에, 상부 공지 패치(130)가 GPS L1 대역(중간 주파수 1.57542 GHz) 공진에 영향을 미치게 된다.
중간 층에 있는 제 1 및 제 2 간접 급전 패드(141,142)에 급전핀이 직접 연결되어 상부 공진 패치(130)와 하부 공진 패치(120)에 커플링의 형태로 급전을 시켜 동작하는 구조이다. 하부 공진 패치(120)에는 급전핀이 지나가는 곳 주변에 원형홀이 존재하여 급전핀이 하부 공지 패치(120)와 직접적으로 접촉되지 않는 구조를 갖는다.
또한, 제 1 및 제 2 간접 급전 패드(141,142)는 이중 공진이 가능하도록 서로 다른 공진 주파수를 갖는 하부 공진 패치(120)와 상부 공진 패치(130) 사이에 배치된다.
도 1 및 도 2에서는 간접 급전 패드를 2개로 구성한 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 2개 이상도 가능하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 제시하는 안테나의 설계 파라미터를 보여주는 표이다. 도 3을 참조하면, FR4로 구성되어 있는 유전체 부분, 하부 공진 패치, 상부 공진 패치 및 간접 급전 패드는 모두 정사각형 형상을 가졌으며, 각각 한 변의 길이(또는 폭 크기)는 85 mm(w1), 49 mm(w2), 38.2 mm(w3), 4.5 mm(w4)이다.
본 발명의 일실시예에 따른 안테나를 3개의 층으로 나누었을 때, 각 층의 구성은 기판(도 2의 210)의 접지층에서 하부 공진패치(120)까지의 높이 이격 거리는 4.4 mm(h1), 하부 공진 패치(120)부터 간접 급전 패드(141,142)까지의 높이 이격 거리는 8.6 mm(h2), 간접 급전 패드(141,142)부터 상부 공진 패치(130)까지의 높이 이격 거리는 1.4 mm(h3)이다. 급전핀(도 2의 220)의 위치는 정사각형 형상의 중심을 기준으로 각각 y축과 x축 방향으로 6.3 mm(d) 떨어진 곳에 위치한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이중대역 패치 안테나(100)의 성능을 검증하기 위해 실제 제작된 안테나의 형상을 보여주는 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이중대역 패치 안테나(100)의 성능을 검증하기 위해 실제 제작된 안테나의 형상을 보여주는 후면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 바닥면의 PCB 기판(210)은 FR4로 제작 되었으며 윗면을 접지면으로 사용한다. 기판(210)의 아래 면에 하이브리드 칩 커플러(530)가 부착된다. 입력 포드(Input port)(510)를 통하여 전달된 신호가 하이브리드 칩 커플러(530)를 통과하면서 90°의 위상차를 갖는 두 개의 신호로 분리되어 제 1 및 제 2 아웃풋 포트(521,522)를 통해 안테나에 전달되는 구조를 갖고 있다. 50Ω 종단기(termination)(540)는 전송 선로에 그 선로의 특성 임피던스와 같은 임피던스를 부하에 연결하여 반사가 일어나지 않도록 하는 기능을 수행한다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 RHCP(Right-Handed Circular Polarization) 이득 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프이고, 도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 축비 특성 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프이다.
특히, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 안테나의 성능을 자체 실험실과 국가공인 전파 무반사실에서 측정하여 그 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 RHCP(Right-Handed Circular Polarization) 이득 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프를 나타낸다. 점선은 시뮬레이션 결과를 나타내고, 실선은 실험실 측정결과를, + 마커는 국가공인 전파 무반사실에서 측정한 결과를 나타낸다. 두 개의 공진 주파수 대역에서 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과가 비슷한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 축비 특성 측정 결과를 시뮬레이션 결과와 비교한 그래프를 나타낸다. 점선은 시뮬레이션 결과를 나타내고, 실선은 실험실 측정결과를, + 마커는 국가공인 전파 무반사실에서 측정한 결과를 나타낸다. 두 개의 공진 주파수 대역에서 시뮬레이션 결과와 실제 측정 결과가 비슷한 결과를 나타낸다.
도 8은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 3d 방사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 9는 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 1.2276 GHz에서의 2-D 방사 패턴을 나타내는 도면이고, 도 10은 도 4 및 도 5에 도시된 안테나의 1.57542 GHz에서의 2-D 방사 패턴을 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 3d 방사 패턴을 나타내며 1.2276 GHz(810)와 1.57542 GHz(820)에서 모두 전면 방향 부근에서 최대 이득을 갖는 패턴을 나타낸다. 1.2276 GHz는 
= 5˚, 
= 5˚에서 2.5 dBic의 최대 이득을 가지며, 1.57542 GHz는 
= 25˚, 
= 15˚에서 3.1 dBic의 최대 이득을 갖는다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 1.2276 GHz에서의 2-D 방사 패턴을 나타낸다. 이 안테나는 zx-plane(910)에서 93.6°, zy-plane(920)에서 90.5°의 반전력 빔폭을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 1.57542 GHz에서의 2-D 방사 패턴을 나타낸다. 안테나는 zx-plane(1010)에서 94.6°, zy-plane(1020)에서 94.3°의 반전력 빔폭을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 간접 급전 패드의 크기에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다. 도 11을 참조하면, 간접 급전 패드(도 1의 141,142)의 크기(폭 크기 또는 변 길이)에 따른 전면방향 이득 성능과, 공진 주파수 비의 변화를 나타낸 그래프이며, 실선은 전면 방향 이득, 점선은 공진 주파수 비를 나타낸다. 간접 급전 패드의 크기에 따라 공진 주파수 비는 거의 영향을 받지 않으나, 방사 효율에 영향을 주어 전면방향 이득의 경우 차이가 크게 난다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 간접 급전 패드의 높이에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다. 도 12를 참조하면, 간접 급전 패드의 높이 이격 거리에 따른 전면방향 이득 성능과, 공진주파수 비의 변화를 나타낸 그래프이며, 실선은 전면방향이득, 점선은 공진 주파수 비를 나타낸다. 간접 급전 패드의 높이에 따라 공진 주파수 비는 거의 영향을 받지 않으나, 방사 효율에 영향을 주어 전면방향 이득의 경우 차이가 크게 난다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 하부 공진 패치 크기의 변화에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다. 도 13을 참조하면, 하부 공진 패치의 크기(즉 폭 크기)가 커짐에 따라 주파수가 낮은 대역의 공진 주파수에만 영향을 미치고 높은 주파수 영역쪽의 공진 주파수에는 영향을 미치지 않는다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 상부 공진 패치 크기의 변화에 따른 안테나 성능 변화 추이를 보여준다. 도 14를 참조하면, 상부 공진 패치의 크기(즉 폭 크기)에 따른 전면 방향 이득 성능 변화를 나타낸 도면이다. 상부 공진 패치의 크기가 커짐에 따라 주파수가 높은 대역의 공진 주파수에만 영향을 미치고 낮은 주파수 영역쪽의 공진 주파수에는 영향을 미치지 않는다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 동작 주파수 1.2276 GHz에서의 H-field 분포를 나타내는 분포도이다. 도 15를 참조하면, 1.2276 GHz에서의 H-field 세기의 최대값은 23.4 A/m이며 주로 하부 공진 패치와 접지면 사이에 H-field가 집중되어 있다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나의 동작 주파수 1.57542 GHz에서의 H-field 분포를 나타내는 분포도이다. 도 16을 참조하면, 1.57542 GHz에서의 H-field 세기의 최대값은 14.5 A/m 이며 주로 상부 공진 패치와 하부 공진 패치 사이에 H-field가 집중되어 있다.
100: 이중대역 패치 안테나
110: 유전체층
120: 하부 공진 패치
130: 상부 공진 패치
141: 제 1 간접 급전 패드
142: 제 2 간접 급전 패드
210: 기판
220: 급전점
230: 칩 커플러
110: 유전체층
120: 하부 공진 패치
130: 상부 공진 패치
141: 제 1 간접 급전 패드
142: 제 2 간접 급전 패드
210: 기판
220: 급전점
230: 칩 커플러
Claims (9)
- 기판(210);
상기 기판(210)의 상단면에 적층되며 제 1 폭은 갖는 유전체판(110);
상기 유전체판(110) 내에 설치되며 상기 기판(210)과 제 1 높이 이격 거리로 배치되며 제 2 폭을 갖는 하부 공진 패치(120);
상기 유전체판(110) 내에 설치되며 상기 하부 공진 패치(120)와 제 2 높이 이격 거리로 배치되며 제 4 폭을 가지며 상기 기판(210)으로부터 급전핀과 직접 연결되는 다수의 간접 급전 패드(141,142);
제 1 대역 및 제 2 대역에서 독립적 주파수 튜닝이 가능하도록 상기 유전체판(110)의 상단면에 적층되며 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)와 제 3 높이 이격 거리로 배치되며 제 3 폭을 갖는 상부 공진 패치(130);를 포함하며,
상기 제 1 대역에서 공진하는 상기 상부 공진 패치(120)의 제 3 폭의 크기를 조절하여 상기 제 1 대역과 다른 제 2 대역의 주파수천이 없이 이득 및 정합 특성이 튜닝되며,
제 2 대역에서 공진하는 상기 하부 공진 패치(120)의 제 2 폭의 크기를 조절하여 상기 제 2 대역과 다른 제 1 대역의 주파수천이 없이 이득 및 정합특성이 튜닝되며,
상기 제 1 높이 이격 거리 내지 제 3 높이 이격 거리는 서로 다른 것을 특징으로 하는 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)는 이중 공진이 가능하도록 서로 다른 공진 주파수를 갖는 하부 공진 패치(120)와 상부 공진 패치(130) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
90° 위상차 급전이 가능하도록 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)와 직접 연결되며 상기 기판(210)의 하단면에 설치되는 칩 커플러(230);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
상기 하부 공진 패치(120)와 상부 공진 패치(130)의 크기변경 없이 상기 다수의 간접 급전 패드(141,142)의 상하 이격인 제 2 높이 이격 또는 제 3 높이 이격의 조절만으로 이득이 튜닝되는 것을 특징으로 하는 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 하부 공진 패치(120)에는 상기 급전핀이 통과하는 주변과 상기 하부 공진 패치(120)가 접촉되지 않도록 원형홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 폭은 85mm, 제 2 폭은 49.0mm, 제 3 폭은 38.2mm, 제 4 폭은 4.5mm인 것을 특징으로 하는 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 높이 이격은 4.4mm, 제 2 높이 이격은 8.6mm, 제 3 높이 이격은 1.4mm인 것을 특징으로 하는 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170153943A KR101948443B1 (ko) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170153943A KR101948443B1 (ko) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101948443B1 true KR101948443B1 (ko) | 2019-02-14 |
Family
ID=65366241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170153943A KR101948443B1 (ko) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | 독립적 주파수 튜닝이 가능한 패드 간접급전 구조를 갖는 이중대역 패치 안테나 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101948443B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200117223A (ko) | 2019-04-03 | 2020-10-14 | 중앙대학교 산학협력단 | 다중폴 안테나 |
| CN112038780A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-12-04 | 上海无线电设备研究所 | 一种基于亚波长分形超材料的频率可重构天线单元及天线阵 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101164618B1 (ko) * | 2012-02-14 | 2012-07-11 | 삼성탈레스 주식회사 | 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나 |
-
2017
- 2017-11-17 KR KR1020170153943A patent/KR101948443B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101164618B1 (ko) * | 2012-02-14 | 2012-07-11 | 삼성탈레스 주식회사 | 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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