KR101992620B1 - The Antenna with High Gain and Omni-Directional characteristics - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고이득 전방향성 안테나에 관한 것으로서, 안테나의 소형화를 만족할 수 있고, 높은 이득의 안테나 특성을 가질 수 있으며, 통신 가능 범위가 넓은 전방향성 방사패턴을 갖는 고이득 전방향성 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a high gain omnidirectional antenna, and more particularly to a high gain omnidirectional antenna having an omnidirectional radiation pattern that can satisfy miniaturization of an antenna, can have high gain antenna characteristics, and has a wide communication range.
최근 통신기술이 발달함에 따라 무선신호를 송수신하는 무선통신기기의 소형화, 경량화 및 고성능화가 빠른 속도로 이루어지고 있다.Background Art [0002] With the recent development of communication technologies, wireless communication devices that transmit and receive wireless signals have been rapidly becoming smaller, lighter, and more sophisticated.
특히, 대다수의 통신 단말기는 GSM방식, CDMA방식, WCDMA방식 등 기존의 2세대 및 3세대 통신방식에서 4세대 LTE 통신방식을 거쳐 5세대 통신방식으로 빠르게 진화하고 있으며, 동시에 블루투스(Bluetooth), GPS(Global Positioning System), WIFI(Wireless Fidelity) 등 다양한 무선통신기술이 집적화 되고 있다.In particular, most of the communication terminals are rapidly evolving from the existing second generation and third generation communication systems such as GSM, CDMA and WCDMA to the fifth generation communication system through the fourth generation LTE communication system. At the same time, (Global Positioning System), and WIFI (Wireless Fidelity).
한편, 통신단말기의 경우에 최신의 5세대 통신방식을 지원하기 위해서는 다양한 형태의 배열 안테나를 설계하고 있으며. 또한, 5세대 통신방식으로 설계된 배열 안테나를 이용하여 빔-포밍(Beam-Forming)을 구현하는 등 많은 노력이 시도되고 있으나, 안테나를 이용한 빔-트랙킹(Beam-tracking)의 한계 및 안테나의 빔이 형성되는 빔-포밍 각도 등의 한계로 인하여, 배열 안테나의 적용만으로는 원활한 통신 범위를 구현하기에는 현실적으로 많은 어려움이 있는 실정이다.Meanwhile, in order to support the latest 5th generation communication method in the case of communication terminals, various types of array antennas are designed. In addition, much efforts have been made to implement beam-forming using an array antenna designed to be a fifth-generation communication method. However, limitations of beam-tracking using an antenna, Due to the limitations of the beam-forming angles to be formed, there is a real difficulty in realizing a smooth communication range only by application of the array antenna.
따라서, 한 개의 단일 안테나에 의하여 고이득 및 전방향성 방사패턴을 형성하여 보다 넓은 범위로 통신을 가능하게 할 수 있는 안테나 설계 기술이 절실히 요구되고 있으며, 단일의 안테나 구조체를 이용하여 다양한 주파수 대역을 커버하여 동작하는 광대역 안테나에 관한 관심이 증가하고 있으며, 이에 대한 안테나 설계기술의 필요성 또한 증가하고 있는 실정이다.Accordingly, there is an urgent need for an antenna designing technique that enables high-gain and omnidirectional radiation patterns to be formed by a single single antenna to enable a wider range of communication, and a variety of frequency bands are covered using a single antenna structure There is an increasing interest in a broadband antenna that operates by using an antenna.
또한, 종래 기술에 따른 전방향성 안테나를 단말기에 장착하는 경우에 안테나 자체의 크기인 높이가 매우 클 뿐만 아니라 단말기 자체의 금속면과의 이격거리를 필요로 하기 때문에 단말기 내부에서 차지하는 공간상의 제약, 및 단일의 안테나 구조체에 의하여 전방향성 방사패턴을 유지하면서 동시에 안테나의 이득을 향상시키기 위해서는 안테나 설계에 많은 시간과 노력이 증가하는 문제점이 있었다.In addition, when the omnidirectional antenna according to the related art is mounted on the terminal, since the height of the antenna itself is very large, and the distance from the metal surface of the terminal itself is required, There has been a problem in that it takes much time and effort to design an antenna in order to improve the gain of the antenna while maintaining an omnidirectional radiation pattern by a single antenna structure.
따라서, 금속의 상부면 상에 안테나를 장착하는 경우에도 안테나가 형성되는 높이를 낮출 수 있고, 한 개의 단일의 안테나에 의하여 소형이면서 모든 공진주파수 대역에서 안테나 특성이 높은 효율을 가질 수 있으며, 전방향성 방사패턴을 형성하여 빔-포밍 등의 부가적인 기술을 적용하지 않더라도 넓은 범위의 통신이 가능한 전방향성 방사패턴을 갖는 안테나에 관한 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, even when the antenna is mounted on the upper surface of the metal, the height at which the antenna is formed can be reduced, and the antenna characteristic can be high in all the resonance frequency bands, There is an urgent need for an antenna having an omnidirectional radiation pattern capable of a wide range of communication even if an additional technique such as beam-forming is not applied by forming a radiation pattern.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명은, 안테나를 매우 낮은 높이로 설계가 가능하여 소형화를 만족할 수 있으며, 고효율의 안테나 특성을 가질 수 있음과 동시에 통신 가능 범위가 넓은 전방향성 방사패턴 특성은 물론 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 고이득 전방향성 안테나를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an antenna capable of designing an antenna at a very low height to satisfy miniaturization, It is an object of the present invention to provide a high gain omnidirectional antenna operable in a millimeter wave band as well as omnidirectional radiation pattern characteristics.
또한, 본 발명은, 복수 개의 기판이 적층되어 형성되는 적층형 안테나 구조로 인하여 안테나의 높이를 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 심지어 매립구조도 가능하며 안테나의 장착 위치를 단말기 어느 위치에 하더라도 안테나의 성능 변화가 최소화된 고이득 전방향성 안테나를 제공하는데 있다. In addition, the present invention can minimize the height of the antenna due to the laminated antenna structure in which a plurality of substrates are stacked and formed, and can even embed the antenna structure, Gain omnidirectional antenna with minimized gain.
또한, 본 발명은, 적층되는 복수 개의 기판에 의하여 형성되는 역 원뿔형상의 전도체인 모노폴 방사소자가 방사수단 및 급전 수단으로 동시에 사용함으로써 한정된 공간 내에서 안테나의 크기를 줄일 수 있어서 소형화가 가능하면서도 안테나 이득을 향상시킬 수 있는 고이득 전방향성 안테나를 제공하는데 있다.In addition, the present invention can reduce the size of an antenna within a limited space by simultaneously using a monopole radiating element, which is an inverted conical conductor formed by a plurality of substrates to be laminated, as a radiating means and a power feeding means, Gain omnidirectional antenna capable of improving the antenna efficiency.
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 안테나기판부와 급전기판부가 결합되어 이루어지는 고이득 전방향성 안테나에 있어서, 상기 급전기판부에는, 급전선로와 접지패턴이 각각 형성되고, 상기 안테나기판부는, 복수 개의 기판들을 적층하여 형성하되, 상기 복수 개 기판 각각의 일면에 형성되는 전도성 방사패턴들;과, 상기 안테나기판부를 수직으로 관통하여 상기 전도성 방사패턴들을 전기적으로 연결하고, 그 일단이 상기 급전기판부의 급전선로에 연결되는 급전비아홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나A high gain omnidirectional antenna according to an embodiment of the present invention is a high gain omni-directional antenna in which an antenna substrate portion and a power supply substrate portion are combined, wherein a feed line and a ground pattern are formed on the power supply plate portion, The substrate portion includes conductive radiation patterns formed on a surface of each of the plurality of substrates by stacking a plurality of substrates, electrically connected to the conductive radiation patterns vertically through the antenna substrate portion, And a feeding via hole connected to the feed line of the feeding substrate portion.
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나에서, 상기 전도성 방사패턴들 중에서 적어도 하나는, 나머지 전도성 방사패턴들 중에서 적어도 하나와 그 크기가 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.In a high gain omni-directional antenna according to an embodiment of the present invention, at least one of the conductive radiation patterns is formed to have a different size from at least one of the remaining conductive radiation patterns.
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나에서, 상기 전도성 방사패턴들은, 전체적으로 역원뿔형상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In a high gain omnidirectional antenna according to an embodiment of the present invention, the conductive radiation patterns are formed so as to have an inverted conical shape as a whole.
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 상기 전도성 방사패턴들 중에서 두 개의 방사패턴을 전기적으로 연결하기 위하여, 상기 복수 개의 기판들 중 적어도 하나의 기판을 관통하여 형성되는 연결비아홀을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.A high gain omnidirectional antenna according to an embodiment of the present invention includes at least one connection via hole formed through at least one of the plurality of substrates to electrically connect two radiation patterns out of the conductive radiation patterns And at least one of them.
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나에서, 상기 복수 개의 기판 들 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 연결비아홀의 개수는, 나머지 기판들 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 비아홀의 개수와 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.In the high gain omnidirectional antenna according to the embodiment of the present invention, the number of connection via holes formed in at least one substrate among the plurality of substrates is different from the number of via holes formed in at least one substrate among the remaining substrates Is formed.
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나에서, 상기 안테나기판부의 최상위 기판은, 일면에 형성된 전도성 방사패턴으로부터 일정간격 이격되어 형성되는 적어도 하나의 기생패턴;과 상기 기생패턴으로부터 일정간격 이격되어 형성되는 접지패턴;을 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.In a high gain omnidirectional antenna according to an embodiment of the present invention, the uppermost substrate of the antenna substrate portion may include at least one parasitic pattern formed at a predetermined distance from a conductive radiation pattern formed on one surface thereof, And a ground pattern formed on the ground pattern.
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 상기 안테나기판부를 관통하는 적어도 하나의 접지비아홀을 더 포함하여 구성하되, 상기 접지비아홀의 일단은 상기 최상위 기판의 접지패턴에 연결되고, 타단은 상기 급전기판부의 접지패턴에 연결되는 것을 특징으로 한다.The high gain omnidirectional antenna according to an embodiment of the present invention may further include at least one grounding via hole passing through the antenna substrate portion, wherein one end of the grounding via hole is connected to the grounding pattern of the uppermost substrate, And is connected to a ground pattern of the power supply base portion.
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 상기 전도성 방사패턴들 중 두 개의 방사패턴을 전기적으로 연결하기 위하여, 상기 복수 개의 기판들 중 적어도 하나의 기판을 관통하여 형성되는 연결비아홀을 적어도 하나 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나A high gain omnidirectional antenna according to an embodiment of the present invention includes at least one connection via hole formed through at least one of the plurality of substrates to electrically connect two of the conductive radiation patterns And a high gain omnidirectional antenna
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나에서, 상기 전도성 방사패턴은 원형이고, 상기 기생패턴은 링 형상인 것을 특징으로 한다.In a high gain omni-directional antenna according to an embodiment of the present invention, the conductive radiation pattern is circular and the parasitic pattern is ring-shaped.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 안테나의 소형화를 만족할 수 있고, 고이득의 안테나 특성은 물론 전방향성 방사패턴 특성으로 인하여 통신 가능 범위가 비교적 넓으면서 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 효과가 있다.As described above, the high gain omnidirectional antenna according to the present invention can satisfy the miniaturization of the antenna, and it has a relatively wide communication range due to omnidirectional radiation pattern characteristics as well as high gain antenna characteristics, There is an operable effect.
또한, 본 발명은 복수 개의 기판이 적층되어 형성되는 적층형 안테나 구조로 인하여 안테나의 높이를 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 심지어 매립구조도 가능하며 장착 위치를 단말기 어느 위치에 하더라도 안테나의 성능 변화가 최소화될 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can minimize the height of the antenna due to the laminated antenna structure in which a plurality of substrates are stacked and formed, and even the buried structure is possible. Even if the mounting position is located at any position of the terminal, There is an effect that can be.
또한, 본 발명은, 복수 개로 적층되는 기판을 연결비아홀로 연결하여 형성되는 역 원뿔형상의 전도체인 모노폴 방사소자가 방사수단 및 급전수단으로써의 기능을 수행함으로써 한정된 공간 내에서 안테나의 크기를 줄일 수 있어서 소형화가 가능하면서도 안테나 이득을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Further, the present invention can reduce the size of the antenna within a limited space by performing the function of the monopole radiating element, which is an inverted conical shaped conductor formed by connecting a plurality of stacked substrates by connecting via holes, as a radiating means and a power feeding means It is possible to reduce the size and improve the antenna gain.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 고이득 전방향성 안테나를 구성하는 안테나기판부를 형성하는 방사패턴을 구비한 적층되는 기판을 분해한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 고이득 전방향성 안테나를 구성하는 안테나기판부를 형성하는 유전체층만을 갖는 적층되는 기판을 분해한 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 1 및 도 2에서 적층되는 기판 중 제1층의 기판을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 1 및 도 2에서 적층되는 기판 중 제2층 내지 제4층의 기판을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 고이득 전방향성 안테나를 구성하는 하부의 급전기판부를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 1 및 도 9에 도시된 고이득 전방향성 안테나를 구성하는 급전기판부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 고이득 전방향성 안테나의 반사손실 특성을 나타내는 도면이다.
도 12a는 본 발명에 따른 고이득 전방향성 안테나의 방사패턴 특성을 나타내는 도면이다.
도 12b는 도 12a와 비교하기 위한 종래기술인 패치안테나의 방사패턴 특성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing the overall configuration of a high gain omni-directional antenna according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded view of a laminated substrate having a radiation pattern forming an antenna substrate portion constituting the high-gain omni-directional antenna shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an exploded view of a laminated substrate having only a dielectric layer forming an antenna substrate portion constituting the high-gain omni-directional antenna shown in FIG.
FIGS. 4 and 5 are views for explaining the substrate of the first layer among the substrates stacked in FIGS. 1 and 2. FIG.
Figs. 6 to 8 are views for specifically explaining the substrates of the second to fourth layers among the substrates laminated in Figs. 1 and 2. Fig.
FIG. 9 is a view showing a lower power supply substrate portion constituting the high gain omnidirectional antenna shown in FIG. 1. FIG.
10 is a view for explaining a power supply board unit constituting the high gain omni-directional antenna shown in Figs. 1 and 9. Fig.
11 is a diagram showing reflection loss characteristics of a high gain omni-directional antenna according to the present invention.
12A is a view showing radiation pattern characteristics of a high gain omni-directional antenna according to the present invention.
12B is a view showing a radiation pattern characteristic of a patch antenna according to the prior art for comparison with FIG. 12A.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms "first "," second ", and the like are intended to distinguish one element from another, and the scope of the right should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (e.g., a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, the identification code does not describe the order of each step, Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each step may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 갖는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
본 발명에 따른 고이득 전방향성 안테나는 다층(복수 개)의 기판으로 형성되는 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자를 안테나의 방사소자 및 다중대역의 급전수단으로 동시에 사용함으로써 매우 낮은 높이를 갖고 높은 이득을 갖는 안테나로서, 제 1 주파수대역 및 제 2 주파수대역이 23.6GHz ~ 28GHz 내에서 형성되어 다중대역으로 동작되는 안테나이다.The high gain omnidirectional antenna according to the present invention is a high gain omnidirectional antenna having a very low height and a high gain by simultaneously using an inverted conical monopole radiating element formed of a multilayer (plural) As the antenna, the first frequency band and the second frequency band are formed within the range of 23.6 GHz to 28 GHz to operate in multiple bands.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나의 전체구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 고이득 전방향성 안테나를 구성하는 안테나기판부를 형성하는 방사패턴을 구비한 적층되는 기판을 분해한 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 고이득 전방향성 안테나를 구성하는 안테나기판부를 형성하는 유전체층만을 갖는 적층되는 기판을 분해한 도면이다.FIG. 1 is a view showing the overall configuration of a high gain omnidirectional antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a high gain omni-directional antenna, FIG. 3 is an exploded view of a laminated substrate having only a dielectric layer forming an antenna substrate portion constituting the high gain omnidirectional antenna shown in FIG. 1. FIG.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 복수 개의 기판이 적층되어 방사소자를 형성하는 안테나기판부(100)와, 급전커넥터(미도시)로부터 급전신호가 인가되는 CPWG(Coplanar Waveguide with Ground) 급전선로(700)가 형성되는 단일의 급전기판부(200)로 구성되며, 상기 안테나기판부(100)를 형성하기 위하여 적층되는 복수 개의 인쇄회로기판(110, 120, 130, 140)(이하에서는“기판”이라 함) 각각의 중심부에는 급전비아홀(300)을 형성하여 상기 급전기판부(200)로부터의 급전되는 신호가 안테나기판부(100)에 급전되도록 한다.As shown in the figure, the high gain omnidirectional antenna according to the embodiment of the present invention includes an
상기 복수 개의 기판이 적층되는 안테나기판부(100)와 상기 단일의 급전기판부(200)는 SMT공정을 통하여 전기적으로 연결되며, 상기 안테나기판부(100)의 복수 개 기판 각각에 형성되는 전도성 방사패턴이 전도성 급전비아홀(300)을 통해 관통한 상태로 전기적으로 연결되며, 상기 복수 개의 기판에 형성되는 전도성 방사패턴을 수직 관통한 상태로 전기적으로 연결하기 위하여 각각 연결비아홀(400)을 구비하며, 상기 복수 개의 기판 각각은 급전기판부(200)의 접지면과 연결되는 접지비아홀(600)을 더 구비할 수 있다The
상기 안테나기판부(100)는, 적층되는 복수 개의 기판(110, 120, 130, 140) 을 연결하여 형성되는 역 원뿔형상의 전도체인 모노폴 방사소자(500)를 포함하며, 상기 급전기판부(200)로부터 상기 급전비아홀(300)을 통하여 상기 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)에 급전신호가 급전된다.The
즉, 급전커넥터(미도시)로부터 급전신호가 CPWG 급전선로(700)에 인가되고, 급전선로(700)에 형성되는 급전비아홀(300)을 통하여 역 원뿔형상의 전도체인 모노폴 방사소자(500)와 전기적으로 연결되고, 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)로부터 상기 안테나기판부(100)의 적층되는 각 층의 기판 상부면에 형성된 금속박막의 금속패턴층(111, 121, 131, 141)에 급전신호가 인가된다. That is, a feed signal from a feed connector (not shown) is applied to the
상기 안테나기판부(100)의 복수 개로 적층되는 각각의 기판(110, 120, 130, 140)의 상부층에 금속박막으로 형성되는 금속패턴층(111, 121, 131, 141)과, 상기 금속패턴층(111, 121, 131, 141)을 지지하고 기판(110, 120, 130, 140) 각각의 금속패턴층(111, 121, 131, 141) 사이의 간격을 유지하기 위한 유전체층(112, 122, 132, 142)으로 형성되며, 상기 기판(110, 120, 130, 140)은 상기 유전체층(112, 122, 132, 142) 하부에는 금속박막층이 형성되지 않은 구조이다.A
상기 기판(110, 120, 130, 140)의 금속패턴층(111, 121. 131, 141)의 중심부에는 상기 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)를 형성하는 전도성 방사패턴(113, 123, 133, 143)을 포함한다,The
상술한 바와 같이 상기 방사패턴(113, 123, 133, 143) 각각의 중심부에는 상기 급전기판부(200)로부터 신호를 급전하기 위한 급전비아홀(300)을 형성한다. 한편, 상기 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)를 형성하기 위해서는, 상기 적층되는 기판(110, 120, 130)의 금속패턴층(111, 121. 131)에 구비되는 방사패턴(113, 123, 133)상 내부에만 다수 개의 연결비아홀(400)을 구비하여 이를 통하여 각 층 기판((110, 120, 130)의 방사패턴(113, 123, 133)이 전기적으로 연결되며, 이때, 상기 최하위층 기판(140)의 방사패턴(143) 상에는 연결비아홀(400)을 형성하지 않고 급전비아홀(300)만을 형성하며, 상기 최하위층 기판(140) 바로 위층 기판(130)인 금속패턴층(131)의 방사패턴(133)에 형성되는 다수 개의 연결비아홀(400)을 통하여 상기 최하위층 기판(140)의 방사패턴(143)이 전기적으로 연결되도록 한다. A feed via
또한, 적층되는 복수 개의 기판 중 최상층 기판(110)의 금속패턴층(111) 중심부에 형성되는 상기 방사패턴(113)의 외곽 원주 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성되는 이격부(115)에 의하여 이격되어 링 형상의 접지패턴(114)이 형성된다. 따라서, 상기 방사패턴(113)의 원주 둘레를 따라 상기 방사패턴(113)과 이격되어 외곽에 형성되는 접지패턴(114)은 링형상의 도넛 패턴 형상으로 형성되며, 상기 접지패턴(114) 상에는 다수 개의 접지비아홀(600)을 형성하는 것이 바람직하다.The spacing
또한, 상기 방사패턴(113)과 상기 접지패턴(114) 사이에는 상기 방사패턴(113)과 상기 접지패턴(114)의 원주 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성되는 이격부(115)에 의하여 이격되어 형성되는 링 형상의 기생패턴(116)을 더 포함하여 형성된다.The
한편, 상기 기판(110, 120, 130, 140)을 형성하는 상기 유전체층(112, 122, 132, 142)은 상기 방사패턴(113, 123, 133, 143)의 중심부에 형성되는 급전비아홀(300)과 대응되는 동일한 위치로 관통되도록 하여 상기 방사패턴(113, 123, 133, 143)이 상기 급전비아홀(300)을 통하여 모두 전기적으로 연결되어 급전되도록 한다.The
또한, 상기 금속패턴층(111, 121. 131)을 지지하고 있는 상기 유전체층(112, 122, 132)에는 상기 기판(110, 120. 130)의 각 방사패턴(113, 123, 133)의 내부에 형성되는 다수 개의 연결비아홀(400)을 통하여 모두 관통되도록 하며, 이때, 상기 최하위층 기판(140)의 유전체층(142) 상에는 연결비아홀(400)을 형성하지 않고 급전비아홀(300)만을 형성한다.The
아울러, 상기 기판(110, 120, 130, 140)을 형성하는 상기 유전체층(112, 122, 132, 142)에는 상기 기판(110) 상부 금속패턴층(111)에 형성되는 방사패턴(113)의 외곽 접지패턴(114) 상에 다수 개로 형성되는 접지비아홀(600)에 대응되는 동일한 위치로 관통되도록 한다.The
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 복수 개로 적층되는 각각의 기판(110, 120, 130, 140)은 상부 금속패턴층(111, 121, 131, 141)에 구비되는 방사패턴(113, 123, 133, 143)은 원형의 패턴으로 형성되며, 상기 원형의 방사패턴들(113, 123, 133, 143)은 서로 다른 크기로 형성된다.According to a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of
상기 복수 개로 적층되는 각각의 기판(110, 120, 130)에는 상기 방사패턴(113, 123, 133)에 구비되는 다수 개의 연결비아홀(400)들을 관통시켜 전기적으로 연결하고 상기 최하위층 기판(140)의 방사패턴(143)을 연결하여 형성되는 상기 모노폴 방사소자(500)는, 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)으로 형성된다.A plurality of connection via
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)를 형성하기 위해서는 상기 방사패턴(113, 123, 133)에 구비되는 다수 개의 연결비아홀(400)은 각 방사패턴 별로 서로 다른 개수로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 모노폴 방사소자(500)를 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)으로 형성하기 위하여 상기 기판(110, 120, 130) 각각에 형성되는 연결비아홀(400)의 개수는 상기 방사패턴(113, 123, 133) 중에서 면적이 넓은 최상층의 방사패턴(113) 상에 가장 많이 형성되고, 상기 방사패턴(123, 133)에는 그 개수가 점점 작아지도록 형성된다.Here, in order to form the inverted cone-shaped
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 모노폴 방사소자(500)를 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)으로 형성하기 위하여, 상기 기판(110, 120, 130)상에 형성되는 상기 방사패턴(113, 123, 133)에 구비되는 연결비아홀(400)의 개수가 모두 동일한 개수로 형성될 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, in order to form the
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 모노폴 방사소자(500)를 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)으로 형성하기 위하여, 상기 기판(110, 120, 130, 140) 각 층에 형성되는 방사패턴(113, 123, 133, 134)상에 연결비아홀(400)을 형성하지 않고. 단지 급전비아홀(300)만을 형성하고, 상기 기판(110, 120, 130, 140) 각 층에 형성되는 방사패턴(113, 123, 133, 134)의 크기가 서로 다르게 형성될 수도 있다. 본 발명에 따르면 상부층인 최상층의 기판 (110)에서 최하위층의 기판(140)으로 갈수록 방사패턴의 면적을 점점 적어지게 형성한다.According to another embodiment of the present invention, in order to form the
따라서, 상기 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)는, 다층의 기판(110, 120, 130)의 상기 방사패턴(113, 123, 133)에 구비되는 다수 개의 연결비아홀(400)을 상호 연결하고, 이에 상기 최하위층 기판(140)의 방사패턴(143)을 연결하여 형성한다. The
아울러, 상기 복수 개의 기판(110, 120, 130, 140) 하부에는 추가적인 하나 이상의 기판(150)을 더 포함할 수 있으며, 상기 적층되는 복수 개의 기판(150)은 각각 유전체층만으로 형성되어 급전비아홀(300) 및 접지비아홀(600)만이 형성되며, 상기 기판(150) 상부에 형성되는 상기 복수 개의 기판(100, 120, 130, 140)을 지지할 수 있다.The plurality of
도 4 및 도 5는 도 1 및 도 2에서 적층되는 기판 중 최상층인 제1층의 기판을 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 6 내지 도 8은 1 및 도 2에서 적층되는 기판 중 제2층 내지 제4층의 기판을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.4 and 5 are views for explaining the substrate of the first layer which is the uppermost layer among the substrates stacked in Fig. 1 and Fig. 2, and Figs. 6 to 8 are views for explaining the substrate To the fourth layer are specifically described.
본 발명에 따른 고이득 전방향성 안테나에 대하여 도 4 내지 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 상술하면 다음과 같다.The high gain omnidirectional antenna according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 4 to FIG. 8 as follows.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 안테나기판부(100)가 복수 개의 기판(110, 120, 130, 140)이 적층되어 형성되며, 상기 안테나기판부(100)에 신호를 급전하는 단일의 급전기판부(200)가 CPWG(Coplanar Waveguide with Ground) 급전선로(700)가 형성되어 급전커넥터(미도시)로부터 급전신호가 인가되며, 상기 급전기판부(200)로부터 급전되는 급전신호는 안테나기판부(100)에 형성되는 급전비아홀(300)을 통하여 급전되도록 한다.As shown in the figure, the high gain omni-directional antenna according to the embodiment of the present invention includes an
도면에 도시된 바와 같이, 안테나기판부(100)에서 최상층인 제1층 기판(110)은, 상부의 금속패턴층(111)과 상기 금속패턴층(111)을 지지하는 유전체층(112)으로 형성되며, 상기 금속패턴층(111)의 중심부에는 원형의 방사패턴(113)과, 상기 방사패턴(113)의 중심부에는 신호를 급전하기 위한 전도성의 급전비아홀(300)이 형성되며, 상기 급전기판부(200)로부터의 급전되는 급전신호가 급전비아홀(300)을 통하여 상기 안테나기판부(100)의 방사패턴(113)과 전기적으로 연결되어 급전되도록 한다. 또한 상기 방사패턴(113) 상에는 다수 개의 연결비아홀(400)이 상기 중심의 급전비아홀(300)을 중심으로 방사상으로 형성된다. The
따라서, 상기 제1층 기판(110) 금속패턴층(111)의 방사패턴(113) 상에 방사상으로 형성된 다수 개의 전도성 연결비아홀(400)을 통하여 상기 제1층 기판(110) 하부에 복수 개로 적층되는 제2층 내지 제3층 기판(120, 130)의 상부 금속패턴층( 121, 131)에 구비되는 방사패턴(123, 133)을 전기적으로 연결하고, 상기 제3층 기판(130)의 상부 금속패턴층(131)에 구비되는 방사패턴(133)에 형성되는 연결비아홀(400)과 상기 제4층 기판(140)의 상부 금속패턴층(141)에 구비되는 방사패턴(143)을 전기적으로 연결하여 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)의 모노폴 방사소자(500)가 형성된다.A plurality of conductive connecting via
또한, 상기 제1층 기판(110) 방사패턴(113)의 외곽 원주 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성되는 이격부(115)에 의하여 이격되어 형성되는 링 형상의 접지패턴(114)을 구비하고, 또한 상기 방사패턴(113)과 상기 접지패턴(114) 사이에는 상기 방사패턴(113)과 상기 접지패턴(114)의 원주 둘레를 따라 일정한 간격으로 형성되는 이격부(115)에 의하여 이격되어 형성되는 링 형상의 기생패턴(116)을 더 포함하여 형성된다.The
상기 안테나기판부(100)에서 제2층 기판(120)은 상기 제1층 기판(110)의 바로 아래면에 배치되며, 상부의 금속패턴층(121)과, 상기 금속패턴층(121)을 지지하는 유전체층(122)으로 형성되며, 상기 제1층 기판(110)과 일정한 간격을 유지하고 대응되게 형성되며 상기 금속패턴층(121)의 중심부에는 원형의 방사패턴(123)과, 상기 방사패턴(123)의 중심부에는 신호를 급전하기 위한 전도성의 급전비아홀(300)을 형성하며, 상기 급전비아홀(300)을 통하여 상기 안테나기판부(100) 제2층 기판(120)의 방사패턴(123)과 상기 급전기판부(200)가 전기적으로 연결되어 급전신호가 급전되도록 한다. The
또한, 상기 제2층 기판(120)의 방사패턴(123) 상에는 다수 개의 연결비아홀(400)이 상기 방사패턴(123) 중심에 형성된 급전비아홀(300)을 중심으로 방사상으로 형성되며, 상기 다수 개의 연결비아홀(400)을 통하여 상기 제1층 기판(110) 금속패턴층(111)의 중심부에 형성된 방사패턴(113)과 상기 제2층 기판(120) 금속패턴층(121)의 중심부에 형성된 방사패턴(123)이 전기적으로 연결된다.A plurality of connection via
아울러, 상기 제2층 기판(120) 금속패턴층(121)의 방사패턴(123) 상에 방사상으로 형성된 다수개의 전도성 연결비아홀(400)을 통하여 상기 제2층 기판(120) 하부에 배치되는 제3층 기판(130)의 상부 금속패턴층(131)에 구비되는 방사패턴(133)이 전기적으로 연결된다.The
상기 안테나기판부(100)에서 제3층 기판(130)은 제2층 기판(120)의 바로 아래면에 배치되며, 상부의 금속패턴층(131)과, 상기 금속패턴층(131)을 지지하는 유전체층(132)으로 형성되며, 상기 제2층 기판(120)과 일정한 간격을 유지하고 대응되게 형성되며 상기 금속패턴층(131)의 중심부에는 원형의 방사패턴(133)과, 상기 방사패턴(133)의 중심부에는 신호를 급전하기 위한 전도성의 급전비아홀(300)을 형성하며, 상기 제3층 기판(130)의 급전비아홀(300)을 통하여 상기 안테나기판부(100) 제3층 기판(130)의 방사패턴(133)이 전기적으로 연결되어 상기 급전기판부(200)로부터의 급전되는 신호가 급전되도록 한다. The
또한, 상기 제3층 기판(130)의 방사패턴(133) 상에는 다수 개의 연결비아홀(400)이 상기 방사패턴(133) 중심에 형성된 급전비아홀(300)을 중심으로 방사상으로 형성되며, 상기 다수 개의 연결비아홀(400)을 통하여 상기 제2층 기판(120) 금속패턴층(121)의 중심부에 형성된 방사패턴(123)과 상기 제3층 기판(130) 금속패턴층(131)의 중심부에 형성된 방사패턴(133)이 전기적으로 연결된다.A plurality of connection via
아울러, 상기 제3층 기판(130) 금속패턴층(131)의 방사패턴(133) 상에 방사상으로 형성된 다수 개의 전도성 연결비아홀(400)을 통하여 상기 제3층 기판(130) 금속패턴층(131)의 방사패턴(133)과 상기 제3층 기판(130) 하부에 배치되는 제4층 기판(140)의 상부 금속패턴층(141)에 구비되는 방사패턴(143)이 전기적으로 연결되도록 한다.The
상기 안테나기판부(100)에서 제4층 기판(140)은, 상기 제3층 기판(130)의 바로 밑면에 배치되며, 상부의 금속패턴층(141)과, 상기 금속패턴층(141)을 지지하는 유전체층(142)으로 형성되며, 상기 제3층 기판(130)과 일정한 간격을 갖고 대응되게 형성되며, 상기 제4층 기판(140) 금속패턴층(141)의 중심부에는 원형의 방사패턴(143)과 상기 방사패턴(143)의 중심부에는 신호를 급전하기 위한 전도성의 급전비아홀(300)을 형성하며, 상기 제4층 기판(140)의 급전비아홀(300)을 통하여 상기 안테나기판부(100) 제4층 기판(140)의 방사패턴(143)이 전기적으로 연결되어 상기 급전기판부(200)로부터의 급전되는 신호가 급전되도록 한다.The
또한, 상기 제4층 기판(140)의 상부 금속패턴층(141)에 구비되는 방사패턴(143)은 그의 상부층에 형성되는 상기 제3층 기판(130) 금속패턴층(131)의 방사패턴(133) 상에 방사상으로 형성된 다수 개의 전도성 연결비아홀(400)과 전기적으로 연결되도록 한다.The
한편, 상기 제1층 내지 제4층 기판(110, 120, 130, 140)의 방사패턴(113, 123, 133, 143)의 중심점에 형성되는 공통된 급전비아홀(300)을 전기적으로 연결하여 방사패턴(113, 123, 133, 143) 각각에 급전기판부(200)로부터 급전신호가 급전된다.The common feed via
여기서, 상기 안테나기판부(100)를 구성하는 복수 개로 적층되는 제1층 내지 제4층 기판(110, 120, 130, 140)의 상부 금속패턴층(111, 121, 131, 141)에는 원형의 방사패턴(113, 123, 133, 143)이 형성되는데, 상기 방사패턴(113, 123, 133, 143)은 모두 급전비아홀(300)로 연결되며, 상기 제1층 내지 제3층 기판(110, 120, 130) 상부 금속패턴층(111, 121, 131)의 중심부에 형성되는 원형의 방사패턴(113, 123, 133)에 구비되는 다수 개의 연결비아홀(400)을 통하여 전기적으로 연결되고, 상기 제3층 기판(130) 금속패턴층(131)의 방사패턴(133) 상에 방사상으로 형성된 다수 개의 전도성 연결비아홀(400)을 통하여 상기 제3층 기판(130) 금속패턴층(131)의 방사패턴(133)과 상기 제3층 기판(130) 하부에 배치되는 제4층 기판(140)의 상부 금속패턴층(141)에 구비되는 방사패턴(143)이 전기적으로 연결되는 구조는 등가적으로 보았을 때 그 형상이 다층 기판으로 이루어진 역 원뿔형상 모노폴 방사소자(500)와 유사하게 형성된다.The upper metal pattern layers 111, 121, 131, and 141 of the first to
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)를 형성하기 위해서는 제1층 내지 제3층 기판(110, 120, 130)의 상부 금속패턴층(111, 121, 131)에 형성되는 상기 방사패턴(113, 123, 133)에 구비되는 다수 개의 연결비아홀(400)은 각 방사패턴 별로 서로 다른 개수로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 기판(110, 120, 130) 각각에 형성되는 연결비아홀(400)의 개수는 상기 방사패턴(113, 123, 133) 중에서 면적이 가장 넓은 최상층의 방사패턴(113) 상에 가장 많이 형성되고, 그 하부의 상기 방사패턴(123, 133)에는 그 개수가 점점 적어지도록 형성한다.In order to form the inverted cone-shaped
즉, 상기 역 원뿔형상 모노폴 방사소자(500)를 형성하기 위하여 상기 제1층 기판(110)의 방사패턴(113)에 형성되는 연결비아홀(400)의 개수에 비하여 제2층 기판(120)의 방사패턴(123)에 형성되는 연결비아홀(400)이 보다 적은 개수로 형성되며, 상기 제2층 기판(120)의 방사패턴(123)에 형성되는 연결비아홀(400)의 개수에 비하여 제3층 기판(130)의 방사패턴(133)에 형성되는 연결비아홀(400)이 보다 적은 개수로 형성되도록 하여, 상기 제1층 기판(110)의 방사패턴(113) 내지 제3층 기판(130)의 방사패턴(133)에 형성되는 연결비아홀(400)들을 수직하방으로 전기적으로 연결하면 수직 하방으로는 중심축 방향으로 점진적으로 경사지게 연결되어 전체적으로는 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)의 모노폴 방사소자(500)가 형성된다.That is, in order to form the inverted cone-shaped
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 모노폴 방사소자(500)를 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)으로 형성하기 위하여, 상기 제1층 내지 제3층 기판(110, 120, 130)상에 형성되는 상기 방사패턴(113, 123, 133)에 구비되는 연결비아홀(400)의 개수가 모두 동일한 개수로 형성될 수도 있다.According to another embodiment of the present invention, in order to form the
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 모노폴 방사소자(500)를 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)으로 형성하기 위하여, 상기 제1층 내지 제4층 기판(110, 120, 130, 140) 각 층에 형성되는 방사패턴(113, 123, 133, 134)상에 연결비아홀(400)을 형성하지 않고. 단지 급전비아홀(300)만을 형성하고, 상기 제1층 내지 제4층 기판(110, 120, 130, 140) 각 층에 형성되는 방사패턴(113, 123, 133, 134)의 크기가 서로 다르게 형성될 수도 있다. 본 발명에 따르면 최상층인 제1층에서 최하위층인 제4층으로 내려 갈수록 방사패턴의 면적을 점점 작아지도록 형성함으로써, 상기 모노폴 방사소자(500)의 형상이 역 원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)으로 형성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in order to form the
아울러, 도 1. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 적층되는 복수 개의 기판(110, 120, 130, 140)의 하부에는 추가적으로 하나 이상의 기판(150)을 더 포함할 수 있으며, 상기 방사패턴이 형성된 복수 개의 기판(110, 120, 130, 140) 하부에 적층되는 복수 개의 기판(150-1, 150-2, 150-3, 150-4)은 각각 상기 안테나기판부(100)의 제1층 내지 제4층 기판과는 달리 방사패턴 및 접지패턴이 존재하지 않으며 오로지 유전체층만으로 형성되어 급전비아홀(300) 및 접지비아홀(600) 만이 형성되며, 안테나기판부(100)의 제1층 내지 제4층 기판(110, 120, 130, 140)에 형성된 방사패턴과 접지패턴을 하부기판(200)의 CPWG 급전선로(700)와 접지면인 접지패턴(211, 231)에 전기적으로 연결한다. 또한 상기 유전체층으로만 이루어진 적어도 하나 이상으로 적층되는 기판(150)은 그의 상부에 형성되는 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)가 형성되는 적층되어진 기판(100, 120, 130, 140)을 지지하는 역할을 한다.As shown in FIG. 3, the
도 9는 도 1에 도시된 고이득 전방향성 안테나를 구성하는 하부의 급전기판부을 나타내는 도면이고, 도 10은 도 1 및 도 9에 도시된 고이득 전방향성 안테나를 구성하는 급전기판부를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 9 is a view showing a lower feeder plate constituting the high-gain omnidirectional antenna shown in FIG. 1, and FIG. 10 is a view for explaining a feeder board unit constituting the high-gain omni-directional antenna shown in FIGS. FIG.
도시된 바와 같이, 상기 급전기판부(200)는 상부층의 금속박막층(210)과 중간층의 유전체층(220), 및 하부층의 금속박막층(230)으로 이루어진다.As shown in the figure, the
상기 급전기판부(200) 상부층의 금속박막층(210) 및 하부층의 금속박막층(230)은 접지면으로서 접지패턴(211, 231)으로 형성되며, 상부 안테나기판부(100)의 적층되는 복수 개의 기판(110, 120, 130, 140) 각각에 구비되는 방사패턴(113, 123, 133, 143)은 하부 급전기판부(200)의 CPWG 급전선로(700)에 구비되는 전도성 급전패턴(701)과 연결되는 급전부(702)에 형성되는 급전비아홀(300)을 통하여 급전된다.The metal
상기 상부층인 금속박막층(210)은, 접지면인 접지패턴(211)으로 이루어지며, 중심부에 급전비아홀(300)과 상기 접지패턴(211) 상에는 하부층의 금속박막층(230)에 전체적으로 형성되는 접지패턴(231)과 연결하는 접지비아홀(600)을 구비할 수 있다. The metal
상기 중간층인 유전체층(220)은, 상기 상부층인 금속박막층(210)에 형성되는 급전비아홀(300) 및 접지비아홀(600)과 대응되는 동일한 위치에 급전비아홀과 접지비아홀을 구비할 수 있다(미도시). The
상기 하부층인 금속박막층(230)은, 접지면인 접지패턴(231)으로 이루어지며, 상기 상부층인 금속박막층(210)에 형성되는 급전비아홀(300) 및 접지비아홀(600)과 대응되는 동일한 위치에 급전비아홀(300)과 접지비아홀(600)을 구비하며, 또한 외부의 급전커넥터(미도시)에 의하여 급전신호가 인가되는 CPWG 급전선로(700)를 포함한다.The metal
상기 CPWG 급전선로(700)는, 임피던스가 정합된 급전패턴(701)과 상기 급전패턴(701)의 끝단에 연결되며 급전비아홀(300)이 형성되는 급전부(702)를 구비한다. The
따라서, 급전커넥터로부터 상기 CPWG 급전선로(700)의 급전패턴(701)에 급전신호가 인가되면, 급전패턴(701)의 끝단에 형성된 급전부(702)의 급전비아홀(300)과 상기 상부층인 금속박막층(210)의 접지패턴(211) 중심부에 구비되는 급전비아홀(300)을 통하여 상기 안테나기판부(100)에 구비되는 각 방사패턴을 연결하여 이루어진 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)의 급전비아홀(300)과 연결되어 급전된 신호가 급전되도록 한다. Therefore, when a feed signal is applied from the feed connector to the
한편, 상기 급전기판부(200)는 상기 안테나기판부(100)와 일정간격 이격되어 대응되도록 배치된다. 즉, 상기 급전기판부(200)는 상기 안테나기판부(100)의 하부에 수직방향으로 일정간격 이격되게 형성되고, 상기 급전기판부(200) 상부에는 상기 안테나기판부(100)를 형성하는 즉, 상기 적층되는 복수 개의 기판(110, 120, 130, 140)으로부터 형성되는 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)가 배치된다.Meanwhile, the
즉, 상기 급전기판부(200)의 CPWG 급전선로(700)를 통해 인가되는 급전신호는, 상기 CPWG 급전선로(700)에 형성되는 급전패턴(701)과 급전패턴(701)의 끝단에 형성되는 급전부(702)의 급전비아홀(300)을 통하여 상기 급전기판부(200)의 상부층 금속박막층(210)에 구비되는 접지패턴(211)의 중심부에 형성되는 전도성 급전비아홀(300)을 관통하고 상기 급전기판부(200)의 상부에 안착되고 상기 안테나기판부(100)의 복수 개의 기판 상에 형성되는 전도성 방사패턴(113, 123, 133, 143)에 의하여 형성되는 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)에 전도성 급전비아홀(300)을 통하여 전기적으로 연결되어 급전신호가 인가된다.That is, the feed signal applied through the
따라서, 상기 급전기판부(200)의 상부층 및 하부층에 각각 형성되는 금속박막층(210, 230)의 접지패턴(211, 231)은 접지비아홀(600)을 통하여 상기 안테나기판부(100)의 최상층인 제1층 기판(110) 금속패턴층(111)에 구비되는 접지패턴(114)과 전기적으로 연결되도록 한다.The
즉, 상기 안테나기판부(100)의 복수 개 기판 각각에 형성되는 원형의 전도성 방사패턴((113, 123, 133, 143) 중심부에는 급전비아홀(300)이 형성되며, 상기 급전비아홀(300)을 통해 관통한 상태로 상기 안테나기판부(100)와 상기 급전기판부(200)가 SMT 공정을 통하여 전기적으로 연결되며, 또한, 상기 안테나기판부(100)의 복수 개 기판 중 최상층 기판(110)의 금속패턴층(111)에 형성되는 접지패턴(114)과 상기 급전기판부(200)에 구비되는 접지면인 접지패턴(211, 231) 각각은 접지비아홀(600)을 형성하여 상기 안테나기판부(100)와 상기 급전기판부(200)가 접지패턴(114, 211, 231)의 접지비아홀(600)을 통해 관통한 상태로 SMT 공정을 통하여 전기적으로 연결되도록 한다.That is, a feeding via
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 상기 급전기판부(200) CPWG 급전선로(700)의 급전패턴(701)에 급전커넥터로부터 급전신호가 인가되면, 상기 CPWG 급전선로(700)의 급전패턴(701)으로부터 급전부(702)에 형성되는 급전비아홀(300)을 통하여 전기적으로 연결되는 다층 구조의 역 원뿔형상 모노폴 방사소자(500)에 의하여 제 1 주파수대의 공진을 형성한다.Thus, in the high gain omnidirectional antenna according to the embodiment of the present invention, when a feed signal is applied from the feed connector to the
동시에, 상기 안테나기판부(100)의 제1층 기판(110)의 상부면 금속패턴층(111)에 형성된 원형의 방사패턴(113)에 급전신호가 인가되고, 상기 원형의 방사패턴(113)과 상기 원형의 방사패턴(113)의 둘레를 따라 일정간격의 이격부(115)에 의하여 이격되어 형성되는 링 형상의 기생패턴(116) 사이에 전자기적인 신호가 상호 커플링 결합되고, 상기 기생패턴(116)과 일정간격으로 이격되어 형성되는 접지패턴(114) 사이에도 상기 기생패턴(116)과 접지패턴(114) 사이에 형성되는 이격부(115)를 통하여 전자기적인 결합이 발생함으로써 상기 접지패턴(114)에 유도되는 전류와 상기 접지비아홀(600)에 집중되는 전류에 의하여 제 2 주파수대역의 공진이 형성되어 이중 대역을 갖는 안테나로 동작된다.At the same time, a feed signal is applied to a
여기서, 상기 원형의 방사패턴(113)과 상기 접지패턴(114) 사이에 형성되는 링형상의 기생패턴(116) 상호간에 서로 일정간격 이격되어 형성되는 링 형상의 이격부위(115)에서 발생하는 결합(커플링)으로 인하여 다중대역에서 임피던스가 정합되며, 임피던스 정합을 위한 이격부위(115)의 간격과, 상기 원형의 방사패턴(113)과 상기 접지패턴(114) 사이에 형성되는 기생패턴(116)의 개수를 조절하면 인덕턴스 및 캐패시턴스의 양이 변화되어 정합 임피던스를 최적화할 수 있다.Here, a ring-shaped
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 상기 안테나기판부(100)의 상부면 금속패턴층(111)에 형성되는 상기 원형의 방사패턴(113)과 상기 기생패턴(116) 사이의 이격부위(115) 및 상기 링형상의 기생패턴(116)과 상기 접지패턴(114) 사이의 이격부위(115)의 간격과, 상기 원형의 방사패턴(113)과 상기 접지패턴(114) 사이에 형성되는 기생패턴(116)의 개수에 따른 인덕턴스 및 캐패시턴스의 성분에 의하여 이중 대역인 제 1 주파수대역 및 제 2 주파수대역에서의 임피던스 정합이 이루어질 수 있다.Therefore, the high gain omnidirectional antenna according to the embodiment of the present invention includes the
본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 상기 복수 개로 적층되는 기판에 의하여 형성되는 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)에 의해 형성되는 제 1 주파수대역이 상기 기생패턴(116)에 의한 전자기 결합으로 제 2 주파수 대역과 정합됨과 동시에, 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)만으로 동작되는 경우에 비하여 보다 더 높은 이득을 가지며, 또한 종래기술에 따른 패치안테나만으로 동작되는 경우에 비하여 보다 넓은 통신 가능 범위를 커버하는 전방향성 방사패턴을 갖는다.The high gain omnidirectional antenna according to the embodiment of the present invention is characterized in that a first frequency band formed by the
따라서, 본 발명에 따른 고이득 전방향성 안테나는 다층 기판으로 구현된 역 원뿔형상의 모노폴 방사소자(500)를 방사소자 및 다중대역의 급전 수단으로 동시에 사용함으로써 매우 낮은 높이를 갖고 높은 이득을 갖는 고이득 전방향성 안테나를 제공하는 효과가 있다.Therefore, the high gain omnidirectional antenna according to the present invention can be realized by simultaneously using the inverted conical
도 11은 본 발명에 따른 고이득 전방향성 안테나의 반사손실 특성을 나타내는 도면이다.11 is a diagram showing reflection loss characteristics of a high gain omni-directional antenna according to the present invention.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는, 밀리미터파 대역인 23.6GHz ~ 28GHz의 동작 주파수대역에서 반사손실(return loss) 값이 -10dB 이하로서, 안테나로서 동작하기 위한 반사손실 특성을 양호하게 만족하는 것을 알 수 있다.11, a high gain omnidirectional antenna according to an embodiment of the present invention has a return loss of -10 dB or less in an operating frequency band of 23.6 GHz to 28 GHz, which is a millimeter wave band, It is found that the reflection loss characteristic for operation is satisfactorily satisfied.
도 12a는 본 발명에 따른 고이득 전방향성 안테나의 방사패턴 특성을 나타내는 도면이고, 도 12b는 도 12a와 비교하기 위한 종래기술인 패치안테나의 방사패턴 특성을 나타내는 도면이다.12A is a view showing a radiation pattern characteristic of a high gain omnidirectional antenna according to the present invention, and FIG. 12B is a view showing a radiation pattern characteristic of a patch antenna of the prior art for comparison with FIG. 12A.
상기 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 종래기술인 패치안테나와 본 발명에 따른 안테나의 방사특성을 비교한 도면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나는 기본적으로 동작 주파수가 밀리미터파 대역인 28GHz 대역에서 5.58dBi이며, 이는 종래의 원뿔형상의 모노폴 방사소자만으로 동작되는 경우에 비하여 보다 더 높은 안테나 이득을 제공할 수 있으며, 종래기술의 패치안테나인 경우는 반전력 빔폭(half power beamwidth)이 약 78.8도 인데 비하여 본 발명의 실시예에 따른 고이득 전방향성 안테나의 경우는 반전력 빔폭(half power beamwidth)이 약 92.6도 이므로 약 13도 이상의 넓은 반전력 빔폭(half power beamwidth)을 확보할 수 있음을 확인할 수 있으며, 전방향성 방사패턴을 갖기 때문에 이와 같은 결과는 종래의 패치안테나만으로 동작되는 경우에 비하여 보다 넓은 통신 가능 범위를 확보할 수 있다는 결과를 의미하는 것이다.As shown in FIGS. 12A and 12B, the radiation characteristics of a conventional patch antenna and an antenna according to the present invention are compared. The high gain omni-directional antenna according to an embodiment of the present invention basically has an operating frequency of millimeter And 5.58 dBi in the 28 GHz band, which is the wave band. This can provide higher antenna gain than that of the conventional conical monopole radiating element. In the case of the conventional patch antenna, the half power beamwidth ) Is about 78.8 degrees. In contrast, in the case of the high gain omnidirectional antenna according to the embodiment of the present invention, the half power beamwidth is about 92.6 degrees, so that a half power beamwidth of about 13 degrees or more is secured Since the antenna has an omnidirectional radiation pattern, the above-described results are obtained when the conventional patch antenna is operated only Which means that a wider communication range can be secured.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의하여 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처할 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, It is within the scope of the present invention that the component changes to such an extent as to cope evenly within a range that does not deviate from the present invention.
100 : 안테나기판부
110, 120, 130, 140, 150, 150-1, 150-2, 150-3, 150-4 : 기판(또는 인쇄회로기판)
111, 121, 131, 141 : 금속패턴층
112, 122, 132, 142 : 유전체층
113, 123, 133, 143 : 방사패턴
114 : 접지패턴 115 : 이격부
116 : 기생패턴 200 : 급전기판부
210, 230 : 금속박막층 220 : 유전체층
211, 231 : 접지패턴 300 : 급전비아홀
400 : 연결비아홀 500 : 모노폴 방사소자
600 : 접지비아홀 700 : 급전선로
701 : 급전패턴 702 : 급전부100: antenna substrate portion
(Or a printed circuit board) 110, 120, 130, 140, 150, 150-1, 150-2, 150-3,
111, 121, 131, 141: metal pattern layer
112, 122, 132, 142: dielectric layer
113, 123, 133, 143: radiation pattern
114: ground pattern 115:
116: parasitic pattern 200: feeder plate
210, 230: metal thin film layer 220: dielectric layer
211, 231: ground pattern 300: feeding via hole
400: connection via hole 500: monopole radiating element
600: ground via hole 700: feeder line
701: feeding pattern 702: feeding part
Claims (11)
상기 급전기판부에는, 급전선로와 접지패턴이 각각 형성되고,
상기 안테나기판부는, 복수 개의 기판들을 적층하여 형성하되, 상기 복수 개 기판 각각의 일면에 형성되는 전도성 방사패턴들;과, 상기 안테나기판부를 수직으로 관통하여 상기 전도성 방사패턴들을 전기적으로 연결하고, 그 일단이 상기 급전기판부의 급전선로에 연결되는 급전비아홀;을 포함하며,
상기 전도성 방사패턴들 중에서 적어도 하나는, 나머지 전도성 방사패턴들 중에서 적어도 하나와 그 크기가 다르게 형성되어 상기 전도성 방사패턴들이 전체적으로 역원뿔형상과 유사한 형상(quasi-circular cone)이 되도록 하여 넓은 통신범위(광대역)를 커버하는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나
A high gain omnidirectional antenna in which an antenna substrate portion and a feeder substrate portion are combined,
Wherein the feeder plate and the grounding pattern are formed on the feeder plate,
The antenna substrate portion includes conductive radiation patterns formed on a surface of each of the plurality of substrates by stacking a plurality of substrates, electrically connecting the conductive radiation patterns vertically through the antenna substrate portion, And a feeding via hole having one end connected to the feed line of the feeding substrate portion,
At least one of the conductive radiation patterns may be formed to have a different size from at least one of the remaining conductive radiation patterns such that the conductive radiation patterns are generally quasi-circular cones, And a high gain omnidirectional antenna
상기 전도성 방사패턴들 중에서 두 개의 방사패턴을 전기적으로 연결하기 위하여, 상기 복수 개의 기판들 중 적어도 하나의 기판을 관통하여 형성되는 연결비아홀을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나
The method according to claim 1,
And at least one connection via hole formed through at least one of the plurality of substrates to electrically connect the two radiation patterns out of the conductive radiation patterns.
상기 복수 개의 기판 들 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 연결비아홀의 개수는, 나머지 기판들 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 비아홀의 개수와 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나
The method of claim 4,
Wherein the number of via holes formed in at least one substrate among the plurality of substrates is different from the number of via holes formed in at least one substrate among the remaining substrates,
상기 안테나기판부의 최상위 기판은, 일면에 형성된 전도성 방사패턴으로부터 일정간격 이격되어 형성되는 적어도 하나의 기생패턴;과
상기 기생패턴으로부터 일정간격 이격되어 형성되는 접지패턴;을 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나
The method according to claim 1,
At least one parasitic pattern formed at a predetermined distance from a conductive radiation pattern formed on one surface of the uppermost substrate of the antenna substrate unit;
And a ground pattern formed at a predetermined distance from the parasitic pattern. The high gain omni-directional antenna
상기 안테나기판부를 관통하는 적어도 하나의 접지비아홀을 더 포함하여 구성하되, 상기 접지비아홀의 일단은 상기 최상위 기판의 접지패턴에 연결되고, 타단은 상기 급전기판부의 접지패턴에 연결되는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나
The method of claim 6,
Wherein at least one grounding via hole is formed through the antenna substrate portion so that one end of the grounding via hole is connected to the grounding pattern of the uppermost substrate and the other end of the grounding via hole is connected to the grounding pattern of the feeding substrate portion. Gain omnidirectional antenna
상기 전도성 방사패턴들 중 적어도 하나는, 나머지 전도성 방사패턴들 중 적어도 하나와 그 크기가 다른 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나
The method of claim 7,
Wherein at least one of the conductive radiation patterns is different in size from at least one of the remaining conductive radiation patterns,
상기 전도성 방사패턴들 중 두 개의 방사패턴을 전기적으로 연결하기 위하여, 상기 복수 개의 기판들 중 적어도 하나의 기판을 관통하여 형성되는 연결비아홀을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나The method according to claim 7 or 8,
And at least one connection via hole formed through at least one of the plurality of substrates to electrically connect the two radiation patterns of the conductive radiation patterns.
상기 복수 개의 기판 들 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 연결비아홀의 개수는, 나머지 기판들 중 적어도 하나의 기판에 형성되는 비아홀의 개수와 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나
The method of claim 9,
Wherein the number of via holes formed in at least one substrate among the plurality of substrates is different from the number of via holes formed in at least one substrate among the remaining substrates,
상기 전도성 방사패턴은 원형이고, 상기 기생패턴은 링 형상인 것을 특징으로 하는 고이득 전방향성 안테나The method of claim 6,
Characterized in that the conductive radiation pattern is circular and the parasitic pattern is ring-
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