KR101982122B1 - 안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템 - Google Patents

안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101982122B1
KR101982122B1 KR1020130000679A KR20130000679A KR101982122B1 KR 101982122 B1 KR101982122 B1 KR 101982122B1 KR 1020130000679 A KR1020130000679 A KR 1020130000679A KR 20130000679 A KR20130000679 A KR 20130000679A KR 101982122 B1 KR101982122 B1 KR 101982122B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
antenna
stubs
folded
diode
Prior art date
Application number
KR1020130000679A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140088761A (ko
Inventor
이병무
강병창
방정호
변진도
이해영
Original Assignee
삼성전자주식회사
아주대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사, 아주대학교 산학협력단 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020130000679A priority Critical patent/KR101982122B1/ko
Priority to US14/146,159 priority patent/US9525211B2/en
Publication of KR20140088761A publication Critical patent/KR20140088761A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101982122B1 publication Critical patent/KR101982122B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H01Q13/103—Resonant slot antennas with variable reactance for tuning the antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H01Q13/18—Resonant slot antennas the slot being backed by, or formed in boundary wall of, a resonant cavity ; Open cavity antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

폴딩된 스터브들을 포함하는 안테나 및 그 안테나를 포함하는 통신 시스템이 개시된다. 안테나는 복수의 폴딩된 스터브들을 포함하는 제1 레이어; 상기 폴딩된 스터브들의 패턴을 포함하는 제2 레이어; 및 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어와 사이에 위치하고, 그라운드와 연결된 제3 레이어를 포함할 수 있다.

Description

안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템{ANTENNA AND COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING THE SAME}
아래의 설명은 폴딩된 스터브들을 포함하는 안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템에 관한 것이다.
슬롯 안테나(slot antenna)는 평면 도체판에 가늘고 긴 공극을 뚫어, 그 공극에서 전파사 방사되도록 구성한 안테나로서, 양방향성 방사 특성(bi-directional radiation chacteristics)을 가진다. 슬롯 안테나의 양방향성 방사 특성을 개선시키기 위해, 슬롯 안테나의 한 방향에 1/4 파장의 길이를 가지는 캐비티(cavity)를 연결한 캐비티 백 슬롯 안테나(CBSA, cavity backed slot antenna)가 제안되었다.
최근에는, PCB 내에서 금속형 도파관 전송 특성을 획득할 수 있는 기판 집적 도파관(SIW, substrate integrated waveguide)이 제안되었다. 기판 집적 도파관은 도파관의 저손실, 폐쇄형 구조에 기초한 방사 특성 억제 및 높은 전력 전달의 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 이용하고자 캐비티 백 슬롯 안테나의 캐비티 부분을 기판 집적 도파관 캐비티(SIW cavity)로 대체하여 얇은 두께와 다른 소자와의 집적성을 향상시킨 SIW CBSA가 제안되었다.
일실시예에 따른 안테나는, 복수의 폴딩된 스터브들을 포함하는 제1 레이어;
상기 폴딩된 스터브들의 패턴을 포함하는 제2 레이어; 및 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어와 사이에 위치하고, 그라운드와 연결된 제3 레이어를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 안테나에서, 상기 제1 레이어는 두 가지 이상의 길이를 가지는 폴딩된 스터브들을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 안테나에서, 상기 제3 레이어는 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어와 전기적으로 분리된 형태를 가질 수 있다.
일실시예에 따른 안테나는, 상기 제1 레이어와 상기 제3 레이어 사이에 위치하는 릿지 형태의 제4 레이어를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 안테나는, 안테나 상에서의 위치 또는 인가되는 전압의 크기에 기초하여 동작 주파수를 가변시키는 다이오드를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 통신 시스템은, 복수의 폴딩된 스터브들을 포함하는 안테나; 및 상기 안테나를 통해 송수신되는 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 통신 시스템에서, 상기 안테나는 두 가지 이상의 길이를 가지는 폴딩된 스터브들을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 통신 시스템에서, 상기 안테나는 DC 바이어싱을 위한 제1 레이어; 상기 제1 레이어의 폴딩된 스터브들의 패턴을 포함하는 제2 레이어; 및 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 위치하고, 상기 제1 레이어와 전기적으로 분리된 제3 레이어를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 통신 시스템에서, 상기 안테나는 상기 제1 레이어와 상기 제3 레이어 사이에 위치하고, 상기 제1 레이어와 이격되어 캐비티 구조를 형성하는 릿지 형태의 제4 레이어를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 통신 시스템에서, 상기 안테나는 안테나 상에서의 위치 또는 인가되는 전압의 크기에 기초하여 동작 주파수를 가변시키는 다이오드를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 통신 시스템은, 상기 안테나와 상기 신호 처리 회로를 연결하는 라인에 연결된 RF 초크를 더 포함할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 안테나의 구조에 관한 3차원 분해도를 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 안테나의 평면도를 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 다른 관점에서 바라본 안테나를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 실체화된 안테나를 도시한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 폴딩된 스터브들을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 일실시예에 따른 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 안테나의 방사 패턴에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 일실시예에 따른 다이오드를 포함하는 안테나의 반사 손실에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 E-면과 H-면에서의 안테나의 방사 패턴에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 안테나의 교차-편파 방사 패턴에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 발명의 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 발명의 범위가 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 안테나의 구조에 관한 3차원 분해도를 도시한 도면이다.
안테나는 예를 들어, 캐비티 백 슬롯 안테나(CBSA, cavity backed slot antenna)의 캐비티가 기판 집적 도파관 캐비티(SIW cavity, substrate integrated waveguide cavity)로 대체된 기판 집적 도파관 캐비티 백 슬롯 안테나(SIW CBSA)일 수 있다. 또한, 안테나의 전체 크기는 동작 주파수의 자유 공간 파장 대비 0.37 by 0.37 자유 공간 파장의 크기를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 안테나는 복수 개의 레이어들을 포함할 수 있다.
제1 레이어(110)는 가상의 단락된 비아 홀(via holl)을 구현하기 위한 복수의 스터브들(stubs)(160)을 포함할 수 있고, 스터브들(160)은 폴딩된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 스터브들(160)은 "ㄷ"자 형태의 폴딩된 구조를 가질 수 있다. 안테나가 직육면체의 형태를 가지고 있는 경우, 폴딩된 스터브들(folded stub)(160)은 안테나의 바깥쪽에 네 방향을 향하여 배열될 수 있다. 각 방향에 위치하는 스터브들(160)은 일정한 간격을 가지고 콤(comb) 모양으로 배열될 수 있다.
스터브들(160)이 폴딩된 구조를 형성함으로써 보다 작은 크기의 안테나를 설계할 수 있고, 이는 MIMO 시스템과 같은 대형 배열 안테나 시스템의 설계에 이점을 제공한다. 또한, 폴딩된 구조의 스터브들(160)을 이용하여 보다 높은 전후방비(FTBR, front-to-back ratio)를 제공할 수 있는 안테나의 설계가 가능하다. 안테나는 폴딩된 스터브들(160)을 포함하는 제1 레이어(110)와 폴딩된 스터브들(160)의 패턴을 포함하는 제2 레이어(150)로 이루어지는 구성을 통해 유전체의 커패시턴스 로딩(dielectric capacitance loading) 효과를 가져올 수 있고, 이는 1/4 관내 파장의 물리적인 길이의 감소 효과로 이어질 수 있다.
제1 레이어(110)는 전파를 방사하기 위한 슬롯 어퍼쳐(slot aperture)(170)를 포함할 수 있다.
제1 레이어(110)에 포함된 폴딩된 스터브들(160)은 동작 주파수에서의 관내 파장(guided wavelength)의 1/4 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판 집적 도파관을 이용한 안테나의 경우, 단락 비아(shorting via)로의 기능을 수행하기 위해 폴딩된 스터브들(160)이 동작 주파수에서의 관내 파장의 1/4 길이를 가질 수 있다.
폴딩된 스터브들(160)은 길이가 모두 동일하거나 또는 두 가지 이상의 길이를 가질 수 있다. 폴딩된 스터브들(160)의 길이가 모두 동일한 경우, 안테나는 폴딩된 스터브들(160)의 길이에 대응되는 특정 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 이와는 반대로, 폴딩된 스터브들(160)이 두 가지 이상의 길이를 가지고 있는 경우, 안테나는 각 폴딩된 스터브들(160)의 길이에 대응되는 주파수 대역들에서 동작할 수 있어 보다 넓은 주파수 대역 특성을 제공할 수 있다.
예를 들어, 폴딩된 스터브들(160)이 안테나의 바깥쪽에 네 방향을 향하여 배열되어 있고, 네 방향에 배열된 폴딩된 스터브들(160)을 각각 위쪽 방향을 향하여 위치한 스터브들(Upper 스터브들), 아래쪽 방향을 향하여 위치한 스터브들(Bottom 스터브들), 왼쪽 방향을 향하여 위치한 스터브들(Left 스터브들) 및 오른쪽 방향을 향하여 위치한 스터브들(Right 스터브들)로 구성되어 있다고 가정한다. Upper 스터브들과 Bottom 스터브들의 길이는 동일하고, Left 스터브들과 Right 스터브들의 길이는 동일하나, Upper 스터브들 또는 Bottom 스터브들과 Left 스터브들 또는 Right 스터브들의 길이는 다를 수 있다. 따라서, Upper 스터브들의 동작 주파수와 Left 스터브들의 동작 주파수는 다를 수 있다. 이를 통해, 안테나는 광대역(wideband) 특성을 제공할 수 있다. 또한, Upper 스터브들 및 Bottom 스터브들은 안테나의 near-field 방사계에서 탄젠셜(tangential) H-필드의 에지(edge) 부근에서의 전파 및 회절을 억제하여 안테나의 전후방비를 향상시킬 수 있다.
제1 레이어(110)는 DC 바이어싱(biasing)을 위해 이용될 수 있다. 제1 레이어(110)는 그라운드에 연결된 제3 레이어(140)와 전기적으로 분리될 수 있고, 제1 레이어(110)는 급전 비아(feeding via)를 통해 제2 레이어(150)와 연결될 수 있다. 급전 비아는 신호 급전 비아(signal feeding via)의 기능을 가질 수 있다. 이를 통해, 안테나는 자체적으로 DC 바이어싱을 수행할 수 있다.
또한, 스터브들이 폴딩된 구조를 형성하고, 제1 레이어(110)가 접지 레이어인 제3 레이어(140)와 분리됨으로써 안테나는 전원을 인가하기 위한 별도의 전원 레이어 및 파워 와이어링(power wiring)을 포함하지 않아도 동작이 가능하다. 따라서, 안테나는 임의의 위치에서 전원을 공급받을 수 있다.
제2 레이어(150)는 폴딩된 스터브들(160)의 패턴을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 레이어(150)는 제1 레이어(110)의 스터브들의 폴딩된 패턴이 안테나의 내부 방향으로 존재하는 레이어로서, 제1 레이어(110)와 급전 비아를 통해 연결될 수 있다. 급전 비아는 안테나에 포함된 레이어들의 수직한 방향에 위치할 수 있고, 급전 비아를 통해 TEM(Transverse ElectroMagnetic) 모드로 급전이 이루어질 수 있다.
도 1에서는 폴딩된 스터브들(160)이 두 가지의 길이를 가지는 경우를 도시하고 있고, 이에 따라 제2 레이어(150)에 포함된 폴딩된 스터브들의 패턴의 길이가 모두 동일하지 않음을 알 수 있다. 도 1에 도시된 제2 레이어(150)에는 Upper 스터브들 및 Bottom 스터브들의 패턴의 길이가 Left 스터브들 및 Right 스터브들의 패턴의 길이보다 짧음을 알 수 있다.
제3 레이어(140)는 제1 레이어(110)와 제2 레이어(150)와 사이에 위치하고, 그라운드(ground)와 연결될 수 있다. 제3 레이어(140)는 제1 레이어(110)의 폴딩된 스터브들(160)과 단락되는 것을 막기 위해 폴딩된 스터브들(160)이 지나가는 공간보다 작은 크기로 설계될 수 있다.
제3 레이어(140)는 제1 레이어(110) 및 제2 레이어(150)와 전기적으로 분리된 형태를 가질 수 있다. 제3 레이어(140)는 제1 레이어(110)와 이격되어 캐비티(cavity) 구조를 형성할 수 있다.
다이오드는 안테나 상에서의 위치 또는 인가되는 전압의 크기에 기초하여 동작 주파수를 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 다이오드는 인가되는 전압에 따라 커패시턴스가 변화하는 것을 이용하여 동작 주파수를 가변시킬 수 있는 버랙터 다이오드(varactor diode)일 수 있다. 다이오드는 제1 레이어(110)의 슬롯 어퍼쳐의 위쪽(120)에 위치할 수 있다. 안테나는 다이오드를 통해 동작 주파수 내지 발진 주파수에 대한 튜닝성(tunability)을 제공할 수 있다. 이를 통해, 안테나는 다양한 통신 대역을 커버할 수 있다.
다이오드는 제1 레이어(110)에 존재하는 안테나의 슬롯(slot)에 병렬로 연결될 수 있다. 안테나 상에서의 다이오드의 위치는 슬롯 동작 모드인 TE102 모드의 필드(field) 분포를 고려하여 결정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 안테나는 제1 레이어(110)와 제3 레이어(140) 사이에 위치하는 릿지(ridge) 형태의 제4 레이어(130)를 더 포함할 수 있다. 안테나가 제4 레이어(130)를 더 포함하는 경우, 안테나는 제4 레이어(130)의 릿지 형태를 이용하여 방사 효율을 높일 수 있다.
제4 레이어(130)는 제3 레이어(140)와 그라운드 비아(ground via)를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 제4 레이어(130)는 제3 레이어(140)와 마찬가지로 접지될 수 있고, 제4 레이어(130)는 제1 레이어(110)와 이격되어 캐비티 구조를 형성할 수 있다. 안테나가 제4 레이어(130)를 포함하는 경우, 다이오드는 제4 레이어(130)에 병렬로 적용될 수 있다. 또한, 제1 레이어(110)는 제4 레이어(130)와 전기적으로 분리될 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 안테나의 평면도를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 위에서 바라본 안테나의 모습이 도시되어 있다. 위에서 바라본 안테나는 직사각형의 모양을 가지고 있으며, 바깥쪽의 네 방향을 향하여 위치하는 폴딩된 스터브들을 포함하고 있다. 구체적으로, 안테나는 위쪽 방향의 폴딩된 스터브들(210), 아래쪽 방향의 폴딩된 스터브들(230), 왼쪽 방향의 폴딩된 스터브들(220), 오른쪽 방향의 폴딩된 스터브들(240)을 포함하고 있다. 각각의 폴딩된 스터브들은 동작 주파수에서의 관내 파장의 1/4 길이를 가질 수 있다.
또한, 안테나는 슬롯 어퍼쳐(250) 및 레이들 간의 연결을 위한 급전 비아(260)를 포함하고 있다. 그리고, 슬롯 어퍼쳐(250) 사이로 릿지 형태의 제4 레이어(270)가 나타내고 있다.
도 3은 일실시예에 따른 다른 관점에서 바라본 안테나를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 공간 상의 대각선 방향에서 바라본 안테나의 모습이 도시되어 있다. 안테나는 위쪽 방향의 폴딩된 스터브들(310), 아래쪽 방향의 폴딩된 스터브들(330), 왼쪽 방향의 폴딩된 스터브들(320), 오른쪽 방향의 폴딩된 스터브들(340)을 포함할 수 있다. 또한, 안테나는 슬롯 어퍼쳐(350) 및 안테나 및 캐비티의 급전을 위한 급전 비아(360)를 포함할 수 있다. 그리고, 슬롯 어퍼쳐(350) 사이로 제1 레이어와 캐비티 구조를 형성하고 있는 릿지 형태의 제4 레이어(370)가 나타내고 있다.
도 4는 일실시예에 따른 실체화된 안테나를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, (a)는 실체화된 안테나의 윗면을 도시하고 있고, (b)는 실체화된 안테나의 아랫면을 도시하고 있다. 실체안테나는 기판(substrate)(410)을 포함하고 있으며, 안테나는 기판 안에 구성되어 있다. 안테나의 윗면에는 슬롯 어퍼쳐(420)가 도시되어 있고, 안테나의 아랫면에는 급전을 위한 급전 비아(430)가 도시되어 있다.
안테나의 아랫면에는 폴딩된 스터브들의 패턴들이 나타나 있다. Left 스터브들의 패턴(440)이 Upper 스터브들의 패턴(450)보다 더 길게 형성되어 있으므로, Upper 스터브들과 Left 스터브들 길이가 서로 다름을 알 수 있다. 이를 통해, 안테나는 두 개의 동작 주파수에서 작동이 가능한 광대역 특성을 제공할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 폴딩된 스터브들을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 스터브들이 "ㄷ"자 형태로 폴딩되어 제1 레이어와 제2 레이어를 연결하고 있다. 또한, 스터브들은 일정한 간격을 가지고 콤 구조로 배열되어 있다. 스터브들의 폴딩된 구조를 통해 보다 작은 크기로 안테나의 설계가 가능하다. 도 5에서의 폴딩된 스터브들은 원기둥 형태의 구성을 포함하고 있지만, 이는 일례에 불과하고 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 통신 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 통신 시스템은 복수의 폴딩된 스터브들을 포함하는 안테나(610) 및 안테나(610)를 통해 송수신되는 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함할 수 있다. 신호 처리 회로는 신호 증폭부(PA, power amplifier)(640), 저잡음 증폭부(LNA, low noise amplifier)(650) 및 신호 송수신부(660)를 포함할 수 있다. 신호 증폭부(640)는 송신할 신호를 증폭시킬 수 있고, 저잡음 증폭부(650)는 수신된 신호의 잡음을 최소화하여 수신된 신호를 증폭시킬 수 있다. 신호 송수신부(660)는 안테나(610)와 연결되어 신호를 안테나(610)에 전달하거나 또는 안테나(610)로부터 신호를 수신할 수 있다.
또한, 통신 시스템은 안테나(610)와 신호 처리 회로를 연결하는 라인(630)에 연결된 RF 초크(RFC, RF choke)를 포함할 수도 있다. RF 초크는 DC 전원부 쪽으로 RF 교류 신호가 유입되지 않도록 RF 교류 신호를 차단할 수 있다.
안테나(610)는 DC 바이어싱을 위한 제1 레이어, 제1 레이어의 폴딩된 스터브들의 패턴을 포함하는 제2 레이어 및 제1 레이어와 제2 레이어 사이에 위치하고, 제1 레이어와 전기적으로 분리된 제3 레이어를 포함할 수 있다.
제1 레이어는 가상의 단락된 비아-홀을 구현하기 위한 복수의 스터브들을 포함할 수 있고, 스터브들은 폴딩된 구조를 가질 수 있다. 스터브들이 폴딩된 구조를 형성함으로써 보다 작은 크기의 안테나(610)를 설계할 수 있고, 폴딩된 구조의 스터브들을 이용하여 보다 높은 전후방비를 제공할 수 있는 안테나(610)의 설계가 가능하다. 안테나(610)는 폴딩된 스터브들을 포함하는 제1 레이어와 폴딩된 스터브들의 패턴을 포함하는 제2 레이어로 이루어지는 구성을 통해 유전체의 커패시턴스 로딩 효과를 가져올 수 있고, 이는 1/4 관내 파장의 물리적인 길이의 감소 효과로 이어질 수 있다. 제1 레이어는 전파를 방사하기 위한 슬롯 어퍼쳐를 포함할 수 있다.
제1 레이어에 포함된 폴딩된 스터브들은 동작 주파수에서의 관내 파장(의 1/4 길이를 가질 수 있다. 또한, 폴딩된 스터브들은 길이가 모두 동일하거나 또는 두 가지 이상의 길이를 가질 수 있다. 폴딩된 스터브들의 길이가 모두 동일한 경우, 통신 시스템은 폴딩된 스터브들의 길이에 대응되는 특정 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 이와는 반대로, 폴딩된 스터브들이 두 가지 이상의 길이를 가지고 있는 경우, 통신 시스템은 각 폴딩된 스터브들의 길이에 대응되는 주파수 대역들에서 동작할 수 있어 보다 넓은 주파수 대역 특성을 제공할 수 있다.
제1 레이어는 DC 바이어싱을 위해 이용될 수 있다. 제1 레이어는 그라운드에 연결된 제3 레이어와 전기적으로 분리될 수 있고, 제1 레이어는 급전 비아를 통해 제2 레이어와 연결될 수 있다. 급전 비아는 신호 급전 비아의 기능을 가질 수 있다. 이를 통해, 안테나(610)는 자체적으로 DC 바이어싱을 수행할 수 있다.
또한, 스터브들이 폴딩된 구조를 형성하고, 제1 레이어가 접지 레이어인 제3 레이어와 분리됨으로써 안테나(610)는 전원을 인가하기 위한 별도의 전원 레이어 및 파워 와이어링을 포함하지 않아도 동작이 가능하다. 따라서, 안테나(610)는 임의의 위치에서 전원을 공급받을 수 있다.
제2 레이어는 폴딩된 스터브들의 패턴을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 레이어는 제1 레이어의 스터브들의 폴딩된 패턴이 안테나(610)의 내부 방향으로 존재하는 레이어로서, 제1 레이어와 급전 비아를 통해 연결될 수 있다. 급전 비아는 안테나(610)에 포함된 레이어들의 수직한 방향에 위치할 수 있고, 급전 비아를 통해 TEM 모드로 급전이 이루어질 수 있다.
제3 레이어는 제1 레이어와 제2 레이어와 사이에 위치하고, 그라운드와 연결될 수 있다. 제3 레이어는 제1 레이어의 폴딩된 스터브들과 단락되는 것을 막기 위해 폴딩된 스터브들이 지나가는 공간보다 작은 크기로 설계될 수 있다.
제3 레이어는 제1 레이어 및 제2 레이어와 전기적으로 분리된 형태를 가질 수 있다. 제3 레이어는 제1 레이어와 이격되어 캐비티 구조를 형성할 수 있다.
다이오드는 안테나(610) 상에서의 위치 또는 인가되는 전압의 크기에 기초하여 동작 주파수를 가변시킬 수 있다. 예를 들어, 다이오드는 인가되는 전압에 따라 커패시턴스가 변화하는 것을 이용하여 동작 주파수를 가변시킬 수 있는 버랙터 다이오드일 수 있다. 버랙터 다이오드를 동작시키기 위해서는 역전압(reverse voltage)를 인가시켜야 하고, 통신 시스템은 RF 신호 라인에 RF 초크를 통해 역전압을 인가하는 것에 의해 버랙터 다이오드를 동작시킬 수 있다. 따라서, 안테나(610)는 전압 공급을 위한 별도의 레이어를 가지고 있지 않아도 다이오드를 이용하여 튜닝성을 가진 안테나(610)로 동작이 가능하다
다이오드는 제1 레이어에 존재하는 안테나(610)의 슬롯에 병렬로 연결될 수 있다. 안테나(610) 상에서의 다이오드의 위치는 슬롯 동작 모드인 TE102 모드의 필드 분포를 고려하여 결정될 수 있다. 안테나(610)는 다이오드를 통해 동작 주파수 내지 발진 주파수에 대한 튜닝성을 제공할 수 있다. 이를 통해, 통신 시스템은 다양한 통신 대역을 커버할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 안테나(610)는 제1 레이어와 제3 레이어 사이에 위치하는 릿지 형태의 제4 레이어를 더 포함할 수 있다. 안테나(610)가 제4 레이어를 더 포함하는 경우, 안테나(610)는 제4 레이어의 릿지 형태를 이용하여 방사 효율을 높일 수 있다.
제4 레이어는 제3 레이어와 그라운드 비아를 통해 연결될 수 있다. 따라서, 제4 레이어는 제3 레이어와 마찬가지로 접지될 수 있고, 제4 레이어는 제1 레이어와 이격되어 캐비티 구조를 형성할 수 있다. 안테나(610)가 제4 레이어(130)를 포함하는 경우, 다이오드는 제4 레이어에 병렬로 적용될 수 있다. 또한, 제1 레이어는 제4 레이어와 전기적으로 분리될 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 안테나의 방사 패턴에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 7은 E-면(E-field와 평행한 면)을 기준으로 폴딩된 스터브들의 구조를 포함하지 않는 안테나의 이득 패턴(720)과 폴딩된 스터브들의 구조를 포함하는 안테나의 이득 패턴(710)을 비교한 시뮬레이션 결과이다. 시뮬레이션 결과로부터 폴딩된 스터브들의 구조를 포함하는 경우가 그렇지 않은 경우보다 후방으로의 방사에 의한 전력 손실이 감소되어 FTBR이 더 높음을 알 수 있다.
도 8은 일실시예에 따른 다이오드를 포함하는 안테나의 반사 손실에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 8은 다이오드로서 버랙터 다이오드를 포함하는 안테나의 반사 손실과 버랙터 다이오드를 포함하지 않는 안테나의 반사 손실을 비교한 시뮬레이션 결과이다. 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이 DC 바이어싱을 통해 버랙터 다이오드를 사용하는 안테나의 튜닝성(tunability)이 더 높으며, 더 넓은 광대역 특성을 제공함을 알 수 있다.
도 9는 일실시예에 따른 E-면과 H-면에서의 안테나의 방사 패턴에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 9에서는 HFSS를 이용한 3차원 far-field 시뮬레이션 결과로서, 안테나 중심 주파수에서의 방사 패턴을 나타내고 있다. E-면에서의 이득 패턴(910) 및 H-면(H-field와 평행한 면)에서의 이득 패턴(920)에서 볼 수 있듯이, FTBR가 기존의 RSIW-CBSA 안테나보다 개선되었음을 알 수 있다.
도 10은 일실시예에 따른 안테나의 교차-편파 방사 패턴(X-polarization Radiation Pattern)에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 10에서는 안테나의 교차-편파에 관한 far-field 시뮬레이션 결과로서, E-면에서의 시뮬레이션 결과(1010) 및 H-면에서의 시뮬레이션 결과(1020)를 나타내고 있다. E-면에서의 시뮬레이션 결과(1010) 및 H-면에서의 시뮬레이션 결과(1020) 모두 -30 dBi 이하의 값을 나타내고 있으므로, 제안된 안테나는 필요하지 않는 신호의 입력을 상당 부분 차단함을 알 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (17)

  1. 복수의 폴딩된 스터브들(folded stubs)을 포함하는 제1 레이어;
    상기 폴딩된 스터브들의 패턴을 포함하는 제2 레이어;
    상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어와 사이에 위치하고, 그라운드(ground)와 연결된 제3 레이어; 및
    상기 제1 레이어와 상기 제3 레이어 사이에 위치하는 릿지(ridge) 형태의 제4 레이어
    를 포함하는 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어는,
    두 가지 이상의 길이를 가지는 폴딩된 스터브들을 포함하는 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어는,
    관내 파장(guided wavelength)의 1/4 길이를 가지는 폴딩된 스터브들을 포함하는 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어는,
    상기 안테나의 바깥쪽에서 네 방향을 향하여 배열된 폴딩된 스터브들을 포함하는 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어는,
    급전 비아(feeding via)를 통해 상기 제2 레이어와 연결된 구조를 가지는 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제3 레이어는,
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어와 전기적으로 분리된 형태를 가지고 있는 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3 레이어는,
    상기 제1 레이어와 이격되어 캐비티(cavity) 구조를 형성하는 안테나.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제4 레이어는,
    상기 제3 레이어와 그라운드 비아(ground via)를 통해 연결되고, 상기 제1 레이어와 이격되어 캐비티 구조를 형성하는 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    안테나 상에서의 위치 또는 인가되는 전압의 크기에 기초하여 동작 주파수를 가변시키는 다이오드
    를 더 포함하는 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다이오드는,
    상기 제1 레이어에 존재하는 안테나의 슬롯(slot)에 병렬로 연결된 안테나.
  12. 복수의 폴딩된 스터브들을 포함하는 안테나; 및
    상기 안테나를 통해 송수신되는 신호를 처리하는 신호 처리 회로
    를 포함하고,
    상기 안테나는,
    DC 바이어싱을 위한 제1 레이어;
    상기 제1 레이어의 폴딩된 스터브들의 패턴을 포함하는 제2 레이어;
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어와 전기적으로 분리되고, 그라운드와 연결된 제3 레이어; 및
    상기 제1 레이어와 상기 제3 레이어 사이에 위치하는 릿지(ridge) 형태의 제4 레이어를 포함하는
    통신 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 레이어는,
    두 가지 이상의 길이를 가지는 폴딩된 스터브들을 포함하는 통신 시스템.
  14. 삭제
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제4 레이어는,
    상기 제3 레이어와 그라운드 비아(ground via)를 통해 연결되고, 상기 제1 레이어와 이격되어 캐비티 구조를 형성하는
    통신 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 안테나는,
    안테나 상에서의 위치 또는 인가되는 전압의 크기에 기초하여 동작 주파수를 가변시키는 다이오드
    를 포함하는 통신 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 안테나와 상기 신호 처리 회로를 연결하는 라인에 연결된 RF 초크(RFC, RF choke)
    를 더 포함하는 통신 시스템.
KR1020130000679A 2013-01-03 2013-01-03 안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템 KR101982122B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130000679A KR101982122B1 (ko) 2013-01-03 2013-01-03 안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템
US14/146,159 US9525211B2 (en) 2013-01-03 2014-01-02 Antenna and communication system including the antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130000679A KR101982122B1 (ko) 2013-01-03 2013-01-03 안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140088761A KR20140088761A (ko) 2014-07-11
KR101982122B1 true KR101982122B1 (ko) 2019-05-24

Family

ID=51016588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130000679A KR101982122B1 (ko) 2013-01-03 2013-01-03 안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9525211B2 (ko)
KR (1) KR101982122B1 (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101692745B1 (ko) * 2015-08-31 2017-01-04 인천대학교 산학협력단 광대역 및 고격리도를 갖는 0차 공진형 메타재질 lte mimo 초소형 안테나
US10613216B2 (en) 2016-05-31 2020-04-07 Honeywell International Inc. Integrated digital active phased array antenna and wingtip collision avoidance system
US10050336B2 (en) 2016-05-31 2018-08-14 Honeywell International Inc. Integrated digital active phased array antenna and wingtip collision avoidance system
US10627503B2 (en) 2017-03-30 2020-04-21 Honeywell International Inc. Combined degraded visual environment vision system with wide field of regard hazardous fire detection system
KR102452613B1 (ko) 2017-03-31 2022-10-11 주식회사 케이엠더블유 안테나 어셈블리 및 안테나 어셈블리를 포함하는 장치
CN107946710B (zh) * 2017-12-20 2020-05-05 杭州电子科技大学 基于rqmsiw的超紧凑双频段带通滤波器
US11063344B2 (en) 2018-02-20 2021-07-13 Samsung Electronics Co., Ltd. High gain and large bandwidth antenna incorporating a built-in differential feeding scheme
CN109037925A (zh) * 2018-06-29 2018-12-18 中国人民解放军陆军工程大学 一种基片集成脊间隙波导及宽带圆极化漏波天线
CN109755764B (zh) * 2019-03-20 2020-12-29 青岛海信移动通信技术股份有限公司 毫米波多极化天线和终端
US11296427B2 (en) 2019-04-25 2022-04-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Antenna system hardware piece for terahertz (THZ) communication
US11258187B2 (en) 2019-06-26 2022-02-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Antenna array for wide angle beam steering
CN112467344B (zh) * 2020-09-30 2021-09-21 北京航空航天大学 一种基于基片集成波导的频率可重构天线及制备方法
CN114069219B (zh) * 2021-11-17 2023-12-05 中国电子科技集团公司第二十六研究所 微带相控阵天线单元及其阵列

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060097941A1 (en) * 2004-10-27 2006-05-11 Bettner Allen W Dual band slot antenna

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4933679A (en) * 1989-04-17 1990-06-12 Yury Khronopulo Antenna
US5245745A (en) * 1990-07-11 1993-09-21 Ball Corporation Method of making a thick-film patch antenna structure
JP2751683B2 (ja) * 1991-09-11 1998-05-18 三菱電機株式会社 多層アレーアンテナ装置
US5241321A (en) * 1992-05-15 1993-08-31 Space Systems/Loral, Inc. Dual frequency circularly polarized microwave antenna
US5446471A (en) 1992-07-06 1995-08-29 Trw Inc. Printed dual cavity-backed slot antenna
EP0649185B1 (en) 1993-08-20 2000-04-12 Raytheon Company Improvements in or relating to antennas
US6075493A (en) 1997-08-11 2000-06-13 Ricoh Company, Ltd. Tapered slot antenna
US6160522A (en) 1998-04-02 2000-12-12 L3 Communications Corporation, Randtron Antenna Systems Division Cavity-backed slot antenna
US6304226B1 (en) 1999-08-27 2001-10-16 Raytheon Company Folded cavity-backed slot antenna
US6518930B2 (en) 2000-06-02 2003-02-11 The Regents Of The University Of California Low-profile cavity-backed slot antenna using a uniplanar compact photonic band-gap substrate
US6864848B2 (en) 2001-12-27 2005-03-08 Hrl Laboratories, Llc RF MEMs-tuned slot antenna and a method of making same
US6642889B1 (en) * 2002-05-03 2003-11-04 Raytheon Company Asymmetric-element reflect array antenna
US6975276B2 (en) 2002-08-30 2005-12-13 Raytheon Company System and low-loss millimeter-wave cavity-backed antennas with dielectric and air cavities
US8669834B2 (en) 2008-03-18 2014-03-11 Shi Cheng Substrate integrated waveguide
JP4968191B2 (ja) * 2008-06-17 2012-07-04 富士通株式会社 シングルレイヤアダプティブ平面アレイアンテナ、可変リアクタンス回路
KR101087288B1 (ko) 2009-03-31 2011-11-29 한국항공대학교산학협력단 위성통신용 원형 편파 안테나
KR101085871B1 (ko) * 2010-02-02 2011-11-22 한양네비콤주식회사 다중대역 안테나 장치
US8599089B2 (en) 2010-03-30 2013-12-03 Apple Inc. Cavity-backed slot antenna with near-field-coupled parasitic slot
US8648758B2 (en) 2010-05-07 2014-02-11 Raytheon Company Wideband cavity-backed slot antenna
US8542151B2 (en) 2010-10-21 2013-09-24 Mediatek Inc. Antenna module and antenna unit thereof
US8648676B2 (en) 2011-05-06 2014-02-11 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Tunable substrate integrated waveguide components
US8780007B2 (en) * 2011-05-13 2014-07-15 Htc Corporation Handheld device and planar antenna thereof
US8860532B2 (en) 2011-05-20 2014-10-14 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Integrated cavity filter/antenna system
US8878738B2 (en) * 2012-05-17 2014-11-04 Auden Techno Corp. Tunable antenna integrated system and module thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060097941A1 (en) * 2004-10-27 2006-05-11 Bettner Allen W Dual band slot antenna

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140088761A (ko) 2014-07-11
US9525211B2 (en) 2016-12-20
US20140184456A1 (en) 2014-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101982122B1 (ko) 안테나 및 이를 포함하는 통신 시스템
US10587040B2 (en) Antenna module accommodation structure
US9502778B2 (en) Antenna apparatus less susceptible to surrounding conductors and dielectrics
KR200467798Y1 (ko) 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 및 그 배열 안테나
US10734701B2 (en) Through glass integrated antenna
US9337542B2 (en) Modular gridded tapered slot antenna
US9620863B2 (en) Antenna device
US11515625B2 (en) Beam-steering antenna
US20140333502A1 (en) Array antenna device
US20200059002A1 (en) Electromagnetic antenna
KR101304129B1 (ko) 다중 대역 패치 안테나
JP2007088883A (ja) アンテナ装置
KR102597567B1 (ko) 메시 구조를 가지는 공통개구면 안테나 시스템
KR20170128676A (ko) 원편파 패치 안테나
KR102415784B1 (ko) 마이크로스트립 안테나 및 이를 구비하는 레이더 신호 송수신 장치
Amjadi et al. A compact, broadband, two-port slot antenna system for full-duplex applications
US8354965B2 (en) Multiple antenna communication apparatus
Hagras et al. Mutual coupling reduction between cylindrical DRA using PMC/PEC parallel plates for millimeter-waves MIMO applications
CN105896045A (zh) 共面波导馈电电容加载阶跃阻抗的三极化半槽天线
Esquius-Morote et al. Low-profile siw horn antenna array with interconnection to mmics
CN105896061A (zh) 共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的半槽天线
CN105870636A (zh) 共面波导馈电低阻侧壁阶跃阻抗的三极化半槽天线
KR20240036951A (ko) 이중 모노폴 안테나 형태의 전이 구조
US9912060B2 (en) Low-profile, tapered-cavity broadband antennas
Rana et al. Half-mode substrate integrated waveguide fed compact slot antenna

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant