KR102000121B1 - Microstrip patch array antenna - Google Patents

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KR102000121B1
KR102000121B1 KR1020180046833A KR20180046833A KR102000121B1 KR 102000121 B1 KR102000121 B1 KR 102000121B1 KR 1020180046833 A KR1020180046833 A KR 1020180046833A KR 20180046833 A KR20180046833 A KR 20180046833A KR 102000121 B1 KR102000121 B1 KR 102000121B1
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KR
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feed
radiating element
substrate
radiating
serial
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KR1020180046833A
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Inventor
박익모
왕희수
하재권
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아주대학교산학협력단
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Abstract

Disclosed is a microstrip patch array antenna. According to one embodiment of the present invention, the microstrip patch array antenna comprises: a substrate; a radiation unit formed on an upper surface of the substrate and including a plurality of radiating element rows including a plurality of radiating elements arranged in a first direction, arranged in a second direction; a power supply network formed on an upper surface of the substrate, including up and down, left and right symmetry around a power supply unit for supplying electric power, and including a transmission line for transmitting electric power from the power supply unit to each radiating element; and a ground unit formed on the lower surface of the substrate. The power supply network may be applied with a parallel feeding method and a serial feeding method.

Description

마이크로스트립 패치 배열 안테나{MICROSTRIP PATCH ARRAY ANTENNA}[0001] MICROSTRIP PATCH ARRAY ANTENNA [0002]

본 발명은 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 관한 것으로, 특히 전력분배비가 다른 병렬-직렬 급전 네트워크를 사용하여, 낮은 부엽크기를 가지도록 설계된 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip patch array antenna, and more particularly, to a microstrip patch array antenna designed to have a low side-leaf size using a parallel-to-serial feed network having different power distribution ratios.

마이크로스트립 패치 배열 안테나는 작은 크기와 저렴한 비용으로 높은 이득을 얻을 수 있어 다양하게 활용되며, 급전 방법은 크게 병렬 급전과 직렬 급전 방식으로 나눌 수 있다. 병렬 급전 구조는 넓은 임피던스 대역폭을 가지는 장점이 있으나 선로의 길이가 길어지므로 고주파수 대역에서는 선로에서 발생하는 손실로 인해 높은 이득을 얻기 힘들다.The microstrip patch array antenna can be used for various purposes because it can obtain high gain with small size and low cost, and the feeding method can be roughly classified into parallel feeding and serial feeding. The parallel feed structure has the advantage of having a wide impedance bandwidth, but since the length of the line becomes long, it is difficult to obtain high gain due to the loss occurring in the line in the high frequency band.

또한 선로에서 발생하는 원치 않는 복사로 인해 부엽크기를 줄이는 것에 한계가 있다. 부엽크기를 xz-평면과 yz-평면에서 모두 줄이기 위해서는 각 복사소자에 공급하는 전력을 다르게 해 주어야 하며 병렬 급전 구조를 사용하여 전력분배비를 다르게 해주려면 구조가 매우 복잡해지므로 사용하기 곤란하다. 직렬 급전 구조는 선로의 길이가 짧아 손실이 적으나 여러 개의 복사소자를 연결할 경우 선로 폭의 제한으로 인해 원하는 전력분배비를 구현하기 어렵다는 단점이 있으며 2차원 배열 안테나를 제작하는데 문제가 있다. There is also a limit to reducing the size of side lobes due to unwanted radiation from the track. In order to reduce the size of the side lobes in both the xz-plane and the yz-plane, the power supplied to each radiation element must be different, and it is difficult to use the parallel power supply structure because the structure becomes complicated to make the power distribution ratio different. Although the series feed structure has a small loss due to a short length of the line, there is a disadvantage in that it is difficult to realize a desired power division ratio due to the limitation of the line width when connecting multiple radiation elements, and there is a problem in manufacturing a two-dimensional array antenna.

따라서, 병렬 급전 구조와 직렬 급전 구조의 장점을 가지며, 높은 이득과 낮은 부엽크기를 가지는 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 대한 기술개발이 요구되고 있다. Therefore, it is required to develop a technology for a microstrip patch array antenna having advantages of a parallel feed structure and a serial feed structure and having a high gain and a low side leaf size.

이에 관련하여, 발명의 명칭이 "마이크로스트립 패치 타입의 안테나"인 한국공개특허 제10-2009-0046590호가 존재한다.In this connection, Korean Patent Laid-Open No. 10-2009-0046590, entitled " Microstrip Patch Type Antenna ", exists.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 높은 이득과 낮은 부엽크기를 가지는 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a microstrip patch array antenna having a high gain and a low side leaf size.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나는, 기판, 상기 기판의 상면에 형성되고, 제1방향으로 배열되는 복수의 방사소자를 포함하는 복수의 방사소자 열이 제2 방향으로 배열되는 방사부, 상기 기판의 상면에 형성되고, 전력을 급전하는 급전부를 중심으로 상하좌우 대칭이며, 상기 급전부로부터의 전력을 각 방사소자에 전달하는 전송 선로를 포함하는 급전 네트워크, 상기 기판의 하면에 형성되는 접지부를 포함하며, 상기 급전 네트워크는 병렬 급전 방식과 직렬 급전 방식이 적용될 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a microstrip patch array antenna comprising: a substrate; a plurality of radiating element columns formed on a top surface of the substrate and including a plurality of radiating elements arranged in a first direction; And a transmission line formed on the upper surface of the substrate and symmetric with respect to the feeding part for feeding power and transmitting power from the feeding part to each radiating element, A feeder network, and a grounding unit formed on a bottom surface of the substrate, wherein the feed network may be a parallel feed system or a serial feed system.

바람직하게는, 상기 방사부는 N X M(N, M은 자연수)의 방사소자가 배열 형태로 구성될 수 있다. Preferably, the radiating part may be configured in an array form of N X M (N, M is a natural number) radiating elements.

바람직하게는, 상기 방사소자는 마이크로스트립 패치이고, 상기 마이크로스트립 패치의 폭과 길이는 9 mm인 것을 특징으로 할 수 있다. Preferably, the radiating element is a microstrip patch, and the width and length of the microstrip patch are 9 mm.

바람직하게는, 상기 급전 네트워크는, 중심 주파수가 10.5 GHz이고, 각 방사소자를 연결하는 선로의 전기적 길이가 안테나 동작 주파수 파장(λ)이 되도록 할 수 있다. Preferably, the feeding network has a center frequency of 10.5 GHz, and the electrical length of the line connecting the radiating elements may be the antenna operating frequency wavelength (?).

바람직하게는, 상기 급전 네트워크의 전송 선로에는 λ/4 임피던스 변환기가 복수개 구비되고, 상기 λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조절하여 전압분배비를 조절할 수 있다. Preferably, the transmission line of the feed network is provided with a plurality of? / 4 impedance converters, and the voltage division ratio can be adjusted by adjusting the characteristic impedance value of the? / 4 impedance converter.

바람직하게는, 상기 급전 네트워크는, 적어도 하나 이상의 λ/4 임피던스 변환기가 구비되며 서로 대칭인 제1 및 제2 직렬 급전선로부, 상기 제1 및 제2 직렬 급전선로부가 λ/4 임피던스 변환기와 병렬로 연결된 병렬 급전선로부로 구성될 수 있다. Preferably, the feed network comprises first and second series feed lines with at least one < RTI ID = 0.0 > l / 4 < / RTI > impedance transducer and symmetrical to each other, And a parallel feed line portion connected to the feed line.

바람직하게는, 상기 급전 네트워크에서 상기 급전부와 연결된 전송선로의 길이를 조정하거나, 또는 각 방사소자와 연결되는 전송선로의 선폭을 변경하여 대역폭을 확장시킬 수 있다. Preferably, the bandwidth can be extended by adjusting the length of the transmission line connected to the feeder in the feed network or by changing the linewidth of the transmission line connected to each radiating element.

바람직하게는, 상기 급전 네트워크는, 상기 급전부를 기준으로 양 옆에 미앤더 라인(meander line)이 추가하여 전송선로의 길이를 조정할 수 있다. Preferably, in the feed network, a meander line is added on both sides of the feeder as a reference, so that the length of the transmission line can be adjusted.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나는, 제1 기판, 상기 제1 기판의 상면에 형성되고, 제1방향으로 배열되는 복수의 방사소자를 포함하는 복수의 방사소자 열이 제2 방향으로 배열되는 방사부, 상기 방사부의 방사소자의 위치와 대향되도록 복수의 슬롯이 형성된 접지면 (ground plane), 상기 접지면이 상면에 형성된 제2 기판, 상기 제2 기판의 하면에 형성되고, 전력을 급전하는 급전부를 중심으로 상하좌우 대칭이며, 상기 급전부로부터의 전력을 각 방사소자에 전달하는 전송 선로를 포함하는 급전 네트워크를 포함하되, 상기 급전 네트워크는 병렬 급전 방식과 직렬 급전 방식이 적용될 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a microstrip patch array antenna comprising: a first substrate; a plurality of radiating elements formed on a top surface of the first substrate, the plurality of radiating elements being arranged in a first direction; A ground plane in which a plurality of slots are formed so as to face a position of a radiating element of the radiating section; a second substrate on which the ground plane is formed on an upper surface; And a feed line formed on the lower surface of the substrate and symmetrical in the up, down, left, and right directions around the feed part for feeding power, and a transmission line for transmitting the power from the feed part to each radiating element, The feed method and the serial feed method can be applied.

바람직하게는, 상기 급전 네트워크의 전송 선로에는 λ/4 임피던스 변환기가 복수개 구비되고, 상기 λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조절하여 전압분배비를 조절할 수 있다. Preferably, the transmission line of the feed network is provided with a plurality of? / 4 impedance converters, and the voltage division ratio can be adjusted by adjusting the characteristic impedance value of the? / 4 impedance converter.

바람직하게는, 상기 급전 네트워크는, 적어도 하나 이상의 λ/4 임피던스 변환기가 구비되며 서로 대칭인 제1 및 제2 직렬 급전선로부, 상기 제1 및 제2 직렬 급전선로부가 λ/4 임피던스 변환기와 병렬로 연결된 병렬 급전선로부로 구성될 수 있다. Preferably, the feed network comprises first and second series feed lines with at least one < RTI ID = 0.0 > l / 4 < / RTI > impedance transducer and symmetrical to each other, And a parallel feed line portion connected to the feed line.

바람직하게는, 상기 급전 네트워크에서 상기 급전부와 연결된 전송선로의 길이를 조정하거나, 또는 각 방사소자와 연결되는 전송선로의 선폭을 변경하여 대역폭을 확장시킬 수 있다. Preferably, the bandwidth can be extended by adjusting the length of the transmission line connected to the feeder in the feed network or by changing the linewidth of the transmission line connected to each radiating element.

본 발명에 따르면, 다수의 1/4 파장 임피던스 변환기를 결합한 병렬-직렬 급전 구조를 사용하여 각 패치안테나에 공급하는 전력을 조절함으로써, 높은 이득과 낮은 부엽크기를 가지는 배열 안테나를 설계할 수 있다. According to the present invention, an array antenna having a high gain and a low side-leaf size can be designed by adjusting power supplied to each patch antenna using a parallel-to-serial feeding structure combining a plurality of quarter-wave impedance converters.

또한, 1/4 파장 임피던스 변환기의 특성임피던스 값을 조절하는 것으로 원하는 전력분배비를 가지게 할 수 있으며, 병렬 급전 구조에 비해 손실이 적고 직렬 급전 구조보다 제작이 용이한 장점이 있다. In addition, the characteristic impedance of the 1/4 wavelength impedance converter can be adjusted to have a desired power distribution ratio, and the loss is less than that of the parallel feed structure, and it is easier to manufacture than the serial feed structure.

또한, 병렬 급전 구조와 직렬 급전 구조의 장점을 모두 갖추고 있으며 병렬 급전 구조에 비해 간단하게 원하는 전력분배비를 구현할 수 있으며, 한 방향으로만 전력이 분배되는 직렬 급전 구조에 비해 양 방향으로 전력분배가 되므로 각 패치안테나에 공급되는 전력의 비율을 원하는 대로 조절할 수 있다.In addition, it has all the advantages of parallel feed structure and serial feed structure, and can achieve a desired power share ratio compared with a parallel feed structure. As compared with a serial feed structure in which power is distributed in only one direction, power is distributed in both directions The ratio of the power supplied to each patch antenna can be adjusted as desired.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood to those of ordinary skill in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 네트워크를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나의 급전 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 급전선로부와 병렬 급전선로부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3의 급전 네트워크를 직렬 급전선로부와 병렬 급전선로부를 이용하여 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭을 확장시키기 위해 급전 네트워크의 전송선로의 길이를 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭을 확장시키기 위해 급전 네트워크의 전송선로의 선폭을 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭을 확장시키기 위해 급전 네트워크에 미앤더 라인을 추가한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 10.5 GHz에서의 전력분배비의 변화에 따른 4 X 4 배열 안테나의 복사패턴을 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 10.5 GHz에서의 패치안테나의 간격(D)의 변화에 따른 4x4 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 간격 D=20 mm에서 시뮬레이션한 배열 안테나의 반사계수 그래프이다.
도 13은 도 7과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 길이를 조절하는 경우의 복사패턴을 나타낸다.
도 14는 도 7과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 길이를 조절한 경우의 반사계수를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송선로의 길이가 7 mm일 때, 최적화한 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송선로의 길이가 7 mm일 때, 최적화한 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 그래프이다.
도 17은 도 8과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 선폭을 0.2 mm에서 0.3 mm로 변경한 경우의 복사패턴을 나타낸 그래프이다.
도 18은 도 8과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 선폭을 0.2 mm에서 0.3 mm로 변경한 경우의 반사계수를 나타낸 그래프이다.
도 19는 도 8과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 선폭을 0.2 mm에서 0.3 mm로 변경하고, 전력분배비가 1:3:3:1, 1:5:5:1 일 때의 배열 안테나의 복사패턴을 비교한 그래프이다.
도 20은 도 9와 같이 급전 네트워크에서 미앤더 라인을 추가한 경우에 반사계수를 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 미앤더 라인을 추가한 경우와 추가하지 않은 경우의 반사계수를 비교하는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 미앤더 라인을 추가한 경우와 추가하지 않은 경우의 복사패턴을 비교하는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 설명하기 위한 측면도이다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 단면을 나타낸 도면이다.
도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 그래프이다.
1 is a side view of a microstrip patch array antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a front view of a microstrip patch array antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a power supply network according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a feeding structure of an array antenna according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a serial feed line section and a parallel feed line section according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the feed network of FIG. 3 using a serial feed line unit and a parallel feed line unit.
7 is a diagram for explaining a method of adjusting a length of a transmission line of a feed network to extend a bandwidth according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram for explaining a method of adjusting a line width of a transmission line of a feed network in order to expand a bandwidth according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram for explaining a case in which a meander line is added to a feed network to extend a bandwidth according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph comparing radiation patterns of a 4 x 4 array antenna according to a variation of a power distribution ratio at 10.5 GHz according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a radiation pattern of a 4x4 array antenna according to a variation of the interval D of patch antennas at 10.5 GHz according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph of the reflection coefficient of an array antenna simulated at an antenna spacing D = 20 mm according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 shows a radiation pattern in the case of adjusting the length of a transmission line in a feed network as shown in FIG.
14 is a graph showing the reflection coefficient when the length of the transmission line is adjusted in the feed network as shown in FIG.
15 is a graph showing the reflection coefficient of the array antenna optimized when the length of the transmission line is 7 mm according to an embodiment of the present invention.
16 is a graph showing a radiation pattern of an array antenna optimized for a transmission line length of 7 mm according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing a radiation pattern when the line width of the transmission line in the feed network is changed from 0.2 mm to 0.3 mm as shown in FIG.
18 is a graph showing the reflection coefficient when the line width of the transmission line in the feed network is changed from 0.2 mm to 0.3 mm as shown in FIG.
FIG. 19 is a graph showing the radiation patterns of the array antenna when the power distribution ratios are 1: 3: 3: 1 and 1: 5: 5: 1 by changing the line width of the transmission line from 0.2 mm to 0.3 mm in the feed network as shown in FIG. FIG.
FIG. 20 is a graph showing the reflection coefficient when the meander line is added in the feed network as shown in FIG.
FIG. 21 is a graph comparing reflection coefficients when a meander line is added and when it is not added according to an embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a graph comparing radiation patterns when a meander line is added and when radiation is not added according to an embodiment of the present invention.
23 is a side view for explaining a microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention.
24 is a cross-sectional view of a microstrip patch antenna according to another embodiment of the present invention.
25 is a graph showing reflection coefficients of a microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention.
26 is a graph showing a radiation pattern of a microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, 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. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 측면도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 정면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 네트워크를 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 안테나의 급전 구조를 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직렬 급전선로부와 병렬 급전선로부를 설명하기 위한 도면, 도 6은 도 3의 급전 네트워크를 직렬 급전선로부와 병렬 급전선로부를 이용하여 설명하기 위한 도면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭을 확장시키기 위해 급전 네트워크의 전송선로의 길이를 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭을 확장시키기 위해 급전 네트워크의 전송선로의 선폭을 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭을 확장시키기 위해 급전 네트워크에 미앤더 라인을 추가한 경우를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 is a side view of a microstrip patch array antenna according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of a microstrip patch array antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a view for explaining a power feeding structure of an array antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a view for explaining a power feeding network according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram for explaining the feed network of FIG. 3 using a serial feed line unit and a parallel feed line unit, and FIG. 7 is a diagram for explaining a feed line of the feed network in order to expand a bandwidth according to an embodiment of the present invention. FIG. 8 is a view for explaining a method of adjusting a length of a transmission line of a feed network in order to extend a bandwidth according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram for explaining a case where a meander line is added to a feed network to extend a bandwidth according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 마이크로스트립 패치 배열 안테나(100)는 기판(110), 방사부(125), 급전부(130), 급전 네트워크(140), 접지부(150)를 포함한다.1 and 2, the microstrip patch array antenna 100 includes a substrate 110, a radiation part 125, a feeding part 130, a feeding network 140, and a grounding part 150.

기판(110)은 하면에 접지부(접지면, 150)이 형성될 수 있다. 이때, 기판(110)은 Rogers RT/duroid 5880 제품으로 구성될 수 있다. 또한, 기판(110)의 유전상수(

Figure 112018040251881-pat00001
)는 2.2, 손실 탄젠트(tan
Figure 112018040251881-pat00002
)는 0.0019, 두께(h)는 0.7874 mm로 구성될 수 있다.A ground portion (ground plane) 150 may be formed on the bottom surface of the substrate 110. At this time, the substrate 110 may be composed of a Rogers RT / duroid 5880 product. Also, the dielectric constant (< RTI ID = 0.0 >
Figure 112018040251881-pat00001
) Is 2.2, loss tangent (tan
Figure 112018040251881-pat00002
) Is 0.0019, and the thickness ( h) is 0.7874 mm.

방사부(125)는 기판(110)의 상면에 형성되고, 제1방향으로 배열되는 복수의 방사소자(120)를 포함하는 복수의 방사소자 열이 제2 방향으로 배열된다. 즉, 방사부(125)는 수평 방향(X축 방향)으로 배열된 복수의 방사소자 열을 포함하고, 복수의 방사소자 열 각각은 수직 방향(Y축 방향)으로 직렬로 연결된다. The radiating part 125 is formed on the upper surface of the substrate 110 and a plurality of radiating element rows including a plurality of radiating elements 120 arranged in the first direction are arranged in the second direction. That is, the radiating part 125 includes a plurality of radiating element rows arranged in the horizontal direction (X axis direction), and each of the plurality of radiating element columns is connected in series in the vertical direction (Y axis direction).

방사부(125)는 N X M(N, M은 자연수)의 배열 형태로 구성될 수 있고, N, M은 동일한 수이거나 다른 수일 수 있다. 예컨대, 방사부는 4 X 4, 6 X 6, 8 X 8, 4 X 8, 4 X 6 등의 다양한 배열 형태로 구성될 수 있다.The radiation unit 125 may be configured as an array of N X M (N, M is a natural number), and N and M may be the same number or different numbers. For example, the radiating portion may be configured in various arrangements such as 4 X 4, 6 X 6, 8 X 8, 4 X 8, and 4 X 6.

이하에서는 설명의 편의를 위해 방사부(125)가 도 2와 같이 4 X 4의 배열 형태로 구성된 경우에 대해 설명하기로 한다. 이 경우, 기판(110)의 상부에 실장되는 16(4×4)개의 방사소자(120)를 포함한다. 즉, 방사부(125)는 4개의 방사소자 열을 포함하고, 각 방사소자 열이 4개의 방사소자(120)를 포함한다. 방사소자(120)는 일정한 폭(Wp)과 길이를 갖고, 방사소자(120) 사이는 일정한 간격(D)이 있다. Hereinafter, for convenience of explanation, a case where the radiation unit 125 is configured as a 4 X 4 array as shown in FIG. 2 will be described. In this case, it includes 16 (4 x 4) radiating elements 120 mounted on the substrate 110. That is, the radiating section 125 includes four radiating element rows, and each radiating element row includes four radiating elements 120. [ The radiating element 120 has a constant width Wp and length, and the radiating elements 120 have a constant spacing D therebetween.

방사소자(120)는 마이크로스트립 패치 형태의 방사소자일 수 있다. 즉, 방사소자(120)는 중심 주파수를 기준으로 1/2 파장(λ)의 길이를 가지는 마이크로스트립 패치 형태의 방사소자일 수 있다. 이때, 마이크로스트립 패치의 폭과 길이는 9 mm일 수 있다. 또한, 방사소자(120)는 정사각형 패치, 원형 패치, 직사각형 패치 또는 슬롯을 갖는 다른 모든 종류의 패치일 수 있다. 이러한 마이크로 스트립 패치를 4 X 4의 형태로 배열함으로써, 배열 안테나를 구성할 수 있다. The radiating element 120 may be a radiating element in the form of a microstrip patch. That is, the radiating element 120 may be a radiating element in the form of a microstrip patch having a length of a half wavelength (?) With respect to a center frequency. At this time, the width and length of the microstrip patch may be 9 mm. In addition, the radiating element 120 may be a square patch, a circular patch, a rectangular patch, or any other kind of patch with slots. By arranging the microstrip patches in the form of 4 x 4, an array antenna can be constructed.

급전부(130)는 급전 네트워크를 통해 방사부에 제공할 전력을 전달하는 구성으로, 도 2에 도시된 바와 같이 급전 네트워크(140)의 중심에 위치할 수 있다. 본 발명의 한 실시 예에서 급전부(130)는 트랜지션(transition) 구조를 이용하여 동축 선로 또는 코플라나 전송선(coplanar wavequide, CPW)과 같이 다양한 급전 형태로 변경될 수 있다. The power feeder 130 is configured to transmit power to be provided to the radiation unit through the power feed network, and may be located at the center of the power feed network 140 as shown in FIG. In one embodiment of the present invention, the feeding part 130 may be changed into various feeding forms such as a coaxial line or a coplanar waveguide (CPW) using a transition structure.

급전 네트워크(140)는 기판(110)의 상면에 형성되고, 전력을 급전하는 급전부(130)를 중심으로 상하좌우 대칭이며, 급전부(130)로부터의 전력을 각 방사소자(120)에 전달하는 전송 선로를 포함한다. 이때, 각 방사소자(120)와 급전 네트워크(140)의 중심 주파수는 10.5 GHz일 수 있고, 각 방사소자(120)를 연결하는 선로의 전기적 길이가 λ가 되도록 할 수 있다. 안테나 간격과 무관하게 각 노드를 연결하는 선로의 전기적 길이가 λ가 되도록 선로의 길이를 조정하기 위하여 일부 구간에서는 선로를 굽혀줄 수 있다. 급전 네트워크(140)는 급전부(130)를 기준으로 상하좌우 대칭적인 구조이므로, 전체 급전 선로의 중심에 동축선을 연결하여 급전할 수 있다.The feeding network 140 is formed on the upper surface of the substrate 110 and symmetrically arranged vertically and horizontally with respect to the feeding part 130 that feeds power to transmit power from the feeding part 130 to the radiating elements 120 And a transmission line. At this time, the center frequency of each radiating element 120 and the feeding network 140 may be 10.5 GHz, and the electrical length of the line connecting each radiating element 120 may be?. The line can be bent in some sections to adjust the length of the line so that the electrical length of the line connecting each node is? Regardless of the antenna interval. Since the feed network 140 has a symmetrical structure with respect to the feeder 130, it can be powered by connecting a coaxial line to the center of the entire feeder line.

이러한 급전 네트워크(140)는 도 3과 같이 직렬 급전구조와 병렬 급전 구조를 결합한 구조이고, 급전부를 중심으로 상하좌우 대칭이다. 이때, 병렬 급전구조는 도 4의 (a)와 같을 수 있고, 직렬 급전구조는 (b)와 같을 수 있으며, 특성 임피던스 값을 조정을 위해 전송선로(급전선로)의 길이와 두께를 다르게 할 수 있다. 또한, 급전 네트워크(140)의 전송 선로에는 각 출력 포트가 원하는 수준의 전력분배비를 가지도록 도 3에 도시된 바와 같이 안테나의 동작 주파수 파장(λ)의 λ/4 임피던스 변환기(λ/4)가 구비되고, λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조절하여 전압분배비를 조절할 수 있다. 예를 들어, 4 X 4 배열인 경우, 방사소자가 연결되는 출력 포트 사이에는 2개의 λ/4 임피던스 변환기가 구비되고, λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조절하여 각 출력 포트의 전력 분배비를 조절할 수 있다. 예컨대, λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조절하여, 1:1:1:1, 1:3:3:1, 1:5:5:1 등 각 출력 포트의 전력 분배비를 조절할 수 있다. The power supply network 140 has a structure in which a serial power supply structure and a parallel power supply structure are combined as shown in FIG. 3, and the power supply network 140 is symmetrical about the power supply portion. In this case, the parallel feed structure may be the same as shown in FIG. 4 (a), the series feed structure may be the same as (b), and the length and thickness of the transmission line (feed line) may be different for adjusting the characteristic impedance value have. Further, in the transmission line of the feed network 140, a λ / 4 impedance converter (λ / 4) of the operating frequency wavelength λ of the antenna is arranged so that each output port has a desired level of power distribution ratio And the voltage division ratio can be adjusted by adjusting the characteristic impedance value of the? / 4 impedance converter. For example, in the case of a 4 x 4 arrangement, two λ / 4 impedance converters are provided between the output ports to which the radiating elements are connected, and the characteristic impedance values of the λ / 4 impedance converters are adjusted to adjust the power division ratio Can be adjusted. For example, it is possible to control the power division ratio of each output port by adjusting the characteristic impedance value of the? / 4 impedance converter to 1: 1: 1: 1, 1: 3: 3: 1, 1: 5: 5:

이하, 4 X 4 배열의 급전 네트워크(140)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 급전 네트워크(140)는 직렬 급전선로부와 병렬 급전선로부가 결합된 구조로, 도 5의 (a)와 같이 구성된 직렬 급전선로부와 (b)와 같은 병렬 급전선로부가 복수 개 연결된 구조일 수 있다. 이때, 병렬 급전선로부는 직렬 급전선로부 2개와 λ/4 임피던스 변환기가 병렬로 연결된 구조일 수 있다. 2개의 직렬 급전선로부, 즉 제1 및 제2 직렬 급전선로부는 방사소자 열을 연결하는 선로일 수 있고, 방사소자 열이 4개의 방사소자로 구성된 경우, 각 방사소자를 연결하는 출력포트 사이에는 2개의 λ/4 임피던스 변환기가 구비된다. 또한, 급전 네트워크(140)는 상하좌우 대칭 구조이므로, 제1 및 제2 직렬 급전선로부는 대칭을 이루어야 한다. 따라서, 제1 직렬 급전선로부는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 내지 제3 λ/4 임피던스 변환기가 구비되고, 제2 직렬 급전선로부는 a를 기준으로 제1 직렬 급전선로부와 대칭 구조일 수 있다. 예를 들어, 4 X 4 배열형태이고, 전력분배비가 1:5:5:1로 구현된 경우, 제1 직렬 급전선로부에서 Port 2와 3의 전력분배비는 5:1일 수 있다. 즉, 5*zin1 = zin2 일 수 있다.Hereinafter, the power supply network 140 having a 4X4 array will be described in detail. The feeding network 140 may have a structure in which a series feed line portion and a parallel feed line are additionally coupled to each other and a plurality of parallel feed line portions such as shown in FIG. 5 (a) and a parallel feed line portion such as FIG. . In this case, the parallel feeder line portion may have a structure in which two serial feeder portions and a lambda / 4 impedance converter are connected in parallel. The two serial feed line portions, that is, the first and second serial feeder portions may be lines connecting the radiating element rows, and when the radiating element array is composed of four radiating elements, between the output ports connecting the radiating elements Two? / 4 impedance converters are provided. In addition, since the feed network 140 is symmetrical in the up, down, left, and right directions, the first and second serial feed lines should be symmetrical. 5, the first to third? / 4 impedance converters are provided, and the second serial feeder portion may be symmetrical with respect to the first serial feeder portion with respect to a, have. For example, if the power distribution ratio is 1: 5: 5: 1 and the power distribution ratio is 1: 5: 5: 1, the power division ratio between Ports 2 and 3 in the first serial feeder line portion may be 5: 1. That is, 5 * z in1 = z in2 .

병렬 급전선로부는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 직렬 급전선로부와 제2 직렬 급전선로부, 제4 λ/4 임피던스 변환기가 구비된 선로가 병렬로 연결된 형태일 수 있다. 따라서, 도 3과 같은 급전 네트워크(140)는 도 6에 도시된 바와 같이 2개의 병렬 급전선로부 (parallel feed part 1), 4개의 직렬 급전선로부(series feed part 1)가 결합된 구조일 수 있다.As shown in FIG. 5 (b), the parallel feed line may be formed by connecting the first serial feed line section, the second serial feed line section, and the fourth λ / 4 impedance transducer line in parallel. Accordingly, the feed network 140 shown in FIG. 3 may include a structure in which two parallel feed parts 1 and four series feed parts 1 are combined as shown in FIG. have.

급전 네트워크(140)는 급전부(130)를 중심으로 양측이 대칭이므로, 급전부(130)와 연결되는 전송선로에 제7 λ/4 임피던스 변환기가 구비되고, 제7 λ/4 임피던스 변환기는 제3 및 제4 직렬 급전선로부와 병렬 연결되며, 제3 및 제4 직렬 급전선로부는 제6 λ/4 임피던스 변환기와 병렬 연결되고, 제6 λ/4 임피던스 변환기는 제5 λ/4 임피던스 변환기와 직렬 연결되며, 제5 λ/4 임피던스 변환기는 제1 병렬 급전선로부와 연결된다. 급전네트워크(140)는 급전부(130)를 중심으로 양측이 대칭이므로, 급전부(130)를 중심으로 A영역과 B 영역을 대칭일 수 있다. Since the feed network 140 is symmetrical on both sides with respect to the feeder 130, the seventh lambda / 4 impedance converter is provided in the transmission line connected to the feeder 130, and the seventh lambda / 4 and the fourth serial feeder line portion, the third and fourth serial feeder portions are connected in parallel with the sixth? / 4 impedance converter, the sixth? / 4 impedance converter is connected in parallel with the fifth? / 4 impedance converter, And a fifth? / 4 impedance converter is connected to the first parallel feed line portion. Since both sides of the feeding network 140 are symmetrical with respect to the feeding part 130, the A area and the B area may be symmetrical with respect to the feeding part 130.

예를 들어, 4 X 4 배열형태이고, 전력분배비가 1:5:5:1로 구현된 경우, 병렬 급전선로부와 제1 및 제2 직렬 급전선로부의 전력분배비는 1:5일 수 있다. 즉, 5*(zin5)/2 = zin6 일 수 있다. For example, if the power distribution ratio is 1: 5: 5: 1 and the power distribution ratio is 4: 4, the power distribution ratio between the parallel feeder line and the first and second serial feeder lines may be 1: 5. That is, 5 * (z in5 ) / 2 = z in6 Lt; / RTI >

급전 네트워크(140)는 방사소자(120)와 입력 포트 사이의 임피던스 정합을 제공하기 위해 서로 다른 전기 길이 및 특성 임피던스를 갖는 복수의 전송 선로를 포함할 수 있다. 또한, 급전 네트워크(140)는 도 7의 A와 같이 급전부(130)를 기준으로 양 옆의 전송선로의 길이를 조정하여 낮은 부엽크기와 높은 이득을 갖는 안테나를 설계할 수 있다. 또한, 급전 네트워크(140)에서 도 8의 B와 같이 선폭을 변경하여 낮은 부엽크기와 높은 이득을 가지는 안테나를 설계할 수도 있다. The feed network 140 may include a plurality of transmission lines having different electrical lengths and characteristic impedances to provide impedance matching between the radiating element 120 and the input port. Also, the feeding network 140 can design an antenna having a low side-leaf size and a high gain by adjusting the lengths of the transmission lines on both sides with respect to the feeder 130 as shown in FIG. 7A. In addition, in the feeding network 140, by changing the line width as shown in FIG. 8B, an antenna having a low side-leaf size and a high gain can be designed.

상술한 바와 같이 급전 네트워크(140)는, 급전부(130)에 대하여 방사부(120)의 임피던스를 정합 (impedance matching) 시킬 수 있다. 즉, 급전 네트워크(140)에서 λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조절하여 원하는 전력분배비를 획득할 수 있다. 각 전력 분배비를 얻기 위한 각 λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스는 아래 표 1과 같을 수 있다. As described above, the power feeding network 140 can impedance match the impedance of the radiation unit 120 with respect to the feeding unit 130. [ That is, the characteristic impedance value of the? / 4 impedance converter can be adjusted in the feed network 140 to obtain a desired power distribution ratio. The characteristic impedances of each? / 4 impedance converter to obtain the respective power distribution ratios can be as shown in Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112018040251881-pat00003
Figure 112018040251881-pat00003

본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나(100)는 전력분배비가 다른 병렬-직렬 급전 네트워크(140)를 사용하여, 높은 이득과 낮은 부엽크기를 가지도록 설계된 마이크로스트립 패치 배열 안테나일 수 있다. 이때, 여러 개의 1/4 파장 임피던스 변환기를 연결하고, 각 1/4 파장 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조정하는 방법으로 전력분배비를 조절할 수 있다. The microstrip patch array antenna 100 according to the present invention may be a microstrip patch array antenna designed to have a high gain and a low side leaf size using the parallel-to-serial feed network 140 having different power distribution ratios. At this time, the power distribution ratio can be adjusted by connecting several 1/4 wavelength impedance converters and adjusting the characteristic impedance value of each 1/4 wavelength impedance converter.

이러한 구조의 마이크로 스트립 패치 배열 안테나(100)는 높은 이득과 낮은 부엽크기를 가지나, 대역폭이 넓지 않다는 단점이 있다. 대역폭을 넓히기 위해 도 9와 같이 급전부(130)를 기준으로 양 옆에 미앤더 라인(meander line)(170)이 추가된 급전 네트워크(140)를 설계할 수 있다. 미앤더 라인(170)을 추가함으로써 전송선로의 길이를 늘릴 수 있고, 이로 인해 대역폭을 넓힐 수 있다. 이때, 미앤더 라인(170)은 A와 같이 구부러진 형태일 수 있다.The microstrip patch array antenna 100 having such a structure has high gain and low side lobe size, but has a disadvantage in that the bandwidth is not wide. In order to increase the bandwidth, it is possible to design the feed network 140 in which a meander line 170 is added on both sides of the feeder 130 as shown in FIG. By adding the meander line 170, the length of the transmission line can be increased, thereby widening the bandwidth. At this time, the meander line 170 may be bent like A

이하, 마이크로스트립 패치 배열 안테나(100)의 폭과 길이 Wp는 9 mm 이며 전체 배열 안테나의 크기는 100 mm x 100 mm x 0.7874 mm (3.5

Figure 112018040251881-pat00004
x 3.5
Figure 112018040251881-pat00005
x 0.028
Figure 112018040251881-pat00006
)인 경우, 시뮬레이션 및 최적화를 수행한 결과에 대해 설명하기로 한다. 이때, Wq p = 0.3 mm, W 1 = 0.7 mm, W 2 = 0.7 mm, Wq 1 = 0.8 mm, Wq 2 = 0.5 mm, Wq 3 = 2.4 mm, Wq 4 = 1.4 mm, Wq 5 = 1.2 mm, Wq 6 = 0.5 mm, Wq 7 = 2 mm, W i = 0.3 mm, Lq p = 4.5 mm, L 1 = 4.6 mm, Lq 1 = 5.3 mm, Lq 2 = 5.4mm, Lq 3 = 5.4 mm, Lq 4 = 5.5 mm, Lq 5 = 5.5 mm, Lq 6 = 5.4 mm, Lq 7 = 7 mm, dp 1 = 1.7 mm, dp 2 = 1.7 mm, W = 100 mm, W p = 9 mm, D = 20 mm, h = 0.7874 mm로 설정할 수 있다. Hereinafter, the width and the length Wp of the microstrip patch array antenna 100 are 9 mm, and the sizes of the array antennas 100 mm x 100 mm x 0.7874 mm (3.5
Figure 112018040251881-pat00004
x 3.5
Figure 112018040251881-pat00005
x 0.028
Figure 112018040251881-pat00006
), The results of simulation and optimization will be described. In this case, Wq p = 0.3 mm, W 1 = 0.7 mm, W 2 = 0.7 mm, Wq 1 = 0.8 mm, Wq 2 = 0.5 mm, Wq 3 = 2.4 mm, Wq 4 = 1.4 mm, Wq 5 = Lq 1 = 5.3 mm, Lq 2 = 5.4 mm, Lq 3 = 5.4 mm, Lq 4 = 5 mm, Wq 6 = 0.5 mm, Wq 7 = 2 mm, W i = 0.3 mm, Lq p = 4.5 mm, L 1 = = 5.5 mm, Lq 5 = 5.5 mm, Lq 6 = 5.4 mm, Lq 7 = 7 mm, dp 1 = 1.7 mm, dp 2 = 1.7 mm, W = 100 mm, W p = 9 mm, D = 20 mm, h = 0.7874 mm.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 10.5 GHz에서의 전력분배비의 변화에 따른 4x4 배열 안테나의 복사패턴을 비교한 그래프이다. 도 10은 전력분배비가 1:1:1:1, 1:3:3:1, 1:5:5:1 일 때의 배열 안테나의 복사패턴을 비교한 결과로, (a)는 xz-평면에서의 복사패턴이고, (b)는 yz-평면에서의 복사패턴이다. 10 is a graph comparing radiation patterns of a 4x4 array antenna according to a variation of a power distribution ratio at 10.5 GHz according to an embodiment of the present invention. 10 shows a result of comparison of radiation patterns of the array antennas when the power distribution ratio is 1: 1: 1: 1, 1: 3: 3: (B) is a radiation pattern in the yz-plane.

각 전력분배비를 가지는 배열 안테나들의 이득과 부엽크기는 아래 표 2와 같을 수 있다.Table 2 shows the gain and the size of the side lobes of the array antennas having the respective power distribution ratios.

[표 2][Table 2]

Figure 112018040251881-pat00007
Figure 112018040251881-pat00007

배열 안테나의 부엽크기는 전력분배비가 1:1:1:1일 때 가장 높다는 것을 알 수 있고, 전력분배비가 커질수록 부엽크기가 감소하는 것을 확인할 수 있다.It can be seen that the size of the side lobes of the array antenna is the highest when the power distribution ratio is 1: 1: 1: 1, and the size of the side lobes decreases as the power distribution ratio increases.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 10.5GHz에서의 패치안테나의 간격(D)의 변화에 따른 4 X 4 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 도면이다. 이때, 배열 안테나는 1:5:5:1의 전력분배비를 가지고, 각 마이크로스트립 패치 안테나의 중심과 중심의 간격 D에 따른 배열 안테나의 복사패턴으로, (a)는 xz-평면, (b)는 yz-평면의 복사패턴을 나타낸다. FIG. 11 is a diagram illustrating a radiation pattern of a 4 × 4 array antenna according to a variation of the interval D of patch antennas at 10.5 GHz according to an embodiment of the present invention. In this case, the array antenna has a power distribution ratio of 1: 5: 5: 1, and the radiation pattern of the array antenna according to the distance D between the center and the center of each microstrip patch antenna is shown by (a) Represents the radiation pattern of the yz-plane.

도 11을 참조하면, 패치 안테나의 간격 D가 작아질수록 xz-평면의 부엽크기가 낮아졌으나 안테나의 이득이 감소함을 알 수 있다. yz-평면의 경우 D가 20mm일 때 부엽크기가 가장 작음을 알 수 있다. Referring to FIG. 11, as the spacing D of the patch antenna decreases, the size of the side lobes of the xz-plane decreases, but the gain of the antenna decreases. In case of yz-plane, the size of side leaf is smallest when D is 20mm.

패치안테나간 간격(D) 에 따른 10.5 GHz 에서의 배열 안테나의 이득과 부엽크기는 아래 표 3과 같을 수 있다. The gain and side size of the array antenna at 10.5 GHz according to the spacing ( D) between the patch antennas can be as shown in Table 3 below.

[표 3][Table 3]

Figure 112018040251881-pat00008
Figure 112018040251881-pat00008

표 3을 참조하면, 부엽크기가 -25 dB 이하이고, 이득이 18 dBi 이상이 되는 간격은 D=20 mm (~0.7

Figure 112018040251881-pat00009
at 10.5 GHz)임을 알 수 있다.Referring to Table 3, the interval where the side lobe size is less than -25 dB and the gain is more than 18 dBi is D = 20 mm (~ 0.7
Figure 112018040251881-pat00009
at 10.5 GHz).

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 간격 D=20 mm에서 시뮬레이션한 배열 안테나의 반사계수 그래프이다. 12 is a graph of the reflection coefficient of an array antenna simulated at an antenna spacing D = 20 mm according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 중심주파수 10.5 GHz에서 반사계수는 -19.8 dB 였으며, -10dB이하가 되는 구간은 220 MHz로 비대역폭은 2.1% 이다. 부엽크기는 xz-평면과 yz-평면이 각각 -28.0 dB, -26.5 dB이며, 이득은 18.2 dBi 임을 알 수 있다. Referring to FIG. 12, the reflection coefficient is -19.8 dB at a center frequency of 10.5 GHz, and the bandwidth of less than -10 dB is 220 MHz, and the bandwidth ratio is 2.1%. The size of the side lobes is -28.0 dB and -26.5 dB for the xz-plane and the yz-plane, respectively, and the gain is 18.2 dBi.

결론적으로, 병렬-직렬 급전 구조에 다수의 1/4 파장 임피던스 변환기를 사용하여 높은 이득과 낮은 부엽크기를 가지는 4 X 4 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 설계할 수 있다. 이러한 구조는 각 1/4 파장 임피던스 변환기의 특성임피던스 값을 조절하는 것으로 원하는 전력분배비를 가지게 할 수 있으며 병렬 급전 구조에 비해 손실이 적고 직렬 급전 구조보다 제작이 용이한 장점이 있다. 또한, 도 1에 도시된 마이크로스트립 배열 안테나의 최적화를 수행한 결과, 배열 안테나의 이득은 10.5 GHz에서 18.2 dBi 이며, 부엽크기는 xz-평면에서 -28.0 dB, yz-평면에서 -26.5 dB임을 알 수 있다. 또한, |S11| < -10 dB의 비대역폭은 2.1% 이며 배열 안테나의 크기는 100 mm x 100 mm x 0.7874 mm (3.5

Figure 112018040251881-pat00010
x 3.5
Figure 112018040251881-pat00011
x 0.028
Figure 112018040251881-pat00012
)일 수 있다. In conclusion, we can design a 4 x 4 microstrip patch array antenna with high gain and low sidelobe size using multiple 1/4 wavelength impedance transducers in a parallel-to-serial feed structure. This structure can control the characteristic impedance value of each 1/4 wavelength impedance converter to have a desired power distribution ratio, and has a merit that the loss is less than that of the parallel feeding structure and the manufacturing is easier than the serial feeding structure. As a result of the optimization of the microstrip array antenna shown in FIG. 1, the gain of the array antenna was 18.2 dBi at 10.5 GHz, and the side leaf size was -28.0 dB in the xz-plane and -26.5 dB in the yz- . Also, | S 11 | The specific bandwidth of <-10 dB is 2.1% and the size of the array antenna is 100 mm x 100 mm x 0.7874 mm (3.5
Figure 112018040251881-pat00010
x 3.5
Figure 112018040251881-pat00011
x 0.028
Figure 112018040251881-pat00012
).

도 13은 도 7과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 길이를 조절하는 경우의 복사패턴을 나타낸다. 도 13은 전송선로의 길이가 4.2 mm, 5.2 mm, 6.2 mm일 경우의 복사패턴을 비교한 그래프로, (a)는 xz-평면, (b)는 yz-평면의 복사패턴을 나타낸다. 전송선로 길이가 6.2 mm일 경우, 부엽크기가 xz-평면과 yz-평면이 각각 -27.8 dB, -25.2 dB이며, 이득은 18.3 dBi 임을 알 수 있다. FIG. 13 shows a radiation pattern in the case of adjusting the length of a transmission line in a feed network as shown in FIG. FIG. 13 is a graph comparing the radiation patterns when the lengths of the transmission lines are 4.2 mm, 5.2 mm, and 6.2 mm, wherein (a) shows the xz-plane and (b) shows the radiation pattern of the yz-plane. When the transmission line length is 6.2 mm, the side lobes are -27.8 dB and -25.2 dB in the xz-plane and yz-plane, respectively, and the gain is 18.3 dBi.

도 14는 도 7과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 길이를 조절한 경우의 반사계수를 나타낸 그래프이다. 도 14는 전송선로의 길이가 4.2mm, 5.2mm, 6.2mm일 경우의 반사계수를 비교한 그래프이다. 전송선로 길이가 6.2mm일 경우 중심주파수 10.5 GHz에서 반사계수는 -12 dB였으며, -10 dB이하가 되는 구간은 201MHz로 비대역폭은 1.9%임을 알 수 있다. 14 is a graph showing the reflection coefficient when the length of the transmission line is adjusted in the feed network as shown in FIG. 14 is a graph comparing reflection coefficients when the lengths of the transmission lines are 4.2 mm, 5.2 mm, and 6.2 mm. When the transmission line length is 6.2 mm, the reflection coefficient is -12 dB at the center frequency of 10.5 GHz, and the bandwidth less than -10 dB is 201 MHz and the bandwidth is 1.9%.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송선로의 길이가 7 mm일 때, 최적화한 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing the reflection coefficient of the array antenna optimized when the length of the transmission line is 7 mm according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 중심주파수 10.5 GHz에서 반사계수는 -20.8 dB였으며, -10 dB 이하가 되는 구간은 230 MHz로 비대역폭은 2.2% 임을 알 수 있다.Referring to FIG. 15, the reflection coefficient is -20.8 dB at a center frequency of 10.5 GHz, and the bandwidth of less than -10 dB is 230 MHz, and the bandwidth is 2.2%.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송선로의 길이가 7 mm일 때, 최적화한 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 그래프이다.16 is a graph showing a radiation pattern of an array antenna optimized for a transmission line length of 7 mm according to an embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, 전송선로 길이가 7 mm일 경우, 부엽크기가 xz-평면과 yz-평면이 각각 -26.9 dB, -26.9 dB 이며, 이득은 18.3 dBi 임을 알 수 있다. Referring to FIG. 16, when the transmission line length is 7 mm, the side lobe size is -26.9 dB, -26.9 dB, and the gain is 18.3 dBi in the xz-plane and the yz-plane, respectively.

도 17은 도 8과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 선폭을 0.2 mm에서 0.3 mm로 변경한 경우의 복사패턴을 나타낸 그래프이다. 도 17을 참조하면, 부엽크기는 xz-평면과 yz-평면이 각각 -28.0 dB, -26.5 dB 이며, 이득은 18.2 dBi 임을 알 수 있다. 17 is a graph showing a radiation pattern when the line width of the transmission line in the feed network is changed from 0.2 mm to 0.3 mm as shown in FIG. 17, it can be seen that the side lobe size is -28.0 dB and -26.5 dB in the xz-plane and the yz-plane, respectively, and the gain is 18.2 dBi.

도 18은 도 8과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 선폭을 0.2 mm에서 0.3 mm로 변경한 경우의 반사계수를 나타낸 그래프이다. 도 18을 참조하면, 중심주파수 10.5 GHz에서 반사계수는 -19.7 dB 였으며, -10 dB 이하가 되는 구간은 220 MHz로 비대역폭은 2.1% 임을 알 수 있다.18 is a graph showing the reflection coefficient when the line width of the transmission line in the feed network is changed from 0.2 mm to 0.3 mm as shown in FIG. Referring to FIG. 18, it can be seen that the reflection coefficient is -19.7 dB at a center frequency of 10.5 GHz, and the bandwidth of less than -10 dB is 220 MHz, and the bandwidth width is 2.1%.

도 19는 도 8과 같이 급전 네트워크에서 전송선로의 선폭을 0.2 mm에서 0.3 mm로 변경하고, 전력분배비가 1:3:3:1, 1:5:5:1 일 때의 배열 안테나의 복사패턴을 비교한 그래프이다. (a)는 xz-평면에서의 복사패턴이고, (b)는 yz-평면에서의 복사패턴이다. FIG. 19 is a graph showing the radiation patterns of the array antenna when the power distribution ratios are 1: 3: 3: 1 and 1: 5: 5: 1 by changing the line width of the transmission line from 0.2 mm to 0.3 mm in the feed network as shown in FIG. FIG. (a) is a radiation pattern in the xz-plane, and (b) is a radiation pattern in the yz-plane.

도 19를 참조하면, 전력분배비가 1:3:3:1일 경우, 부엽크기가 xz-평면과 yz-평면이 각각 -21.0 dB, -21.6 dB 이며, 이득은 18.8 dBi 임을 알 수 있다. 또한, 전력분배비가 1:5:5:1일 경우, 부엽크기가 xz-평면과 yz-평면이 각각 -27.0 dB, -26.5 dB 이며, 이득은 18.2 dBi 임을 알 수 있다. 19, when the power distribution ratio is 1: 3: 3: 1, the side lobe size is -21.0 dB and -21.6 dB in the xz-plane and the yz-plane, respectively, and the gain is 18.8 dBi. Also, when the power distribution ratio is 1: 5: 5: 1, the side lobe size is -27.0 dB and -26.5 dB for the xz-plane and the yz-plane, respectively, and the gain is 18.2 dBi.

도 20은 도 9와 같이 급전 네트워크에서 미앤더 라인을 추가한 경우에 반사계수를 나타낸 그래프이다. (a)는 wm이 0.4 mm, 0.6 mm, 0.8 mm인 경우의 반사계수, (b)는 dm이 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm인 경우의 반사계수, (c)는 lmi가 -0.4 mm, 0 mm, 0.4 mm인 경우의 반사계수, (d)는 wqp가 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm인 경우의 반사계수, (e)는 lqp가 3 mm, 4 mm, 4.5 mm인 경우의 반사계수를 나타낸다. FIG. 20 is a graph showing the reflection coefficient when the meander line is added in the feed network as shown in FIG. (a) is the reflection coefficient when wm is 0.4 mm, 0.6 mm and 0.8 mm, (b) is the reflection coefficient when dm is 0.1 mm, 0.2 mm and 0.3 mm, (D) is the reflection coefficient when wqp is 0.2 mm, 0.3 mm, and 0.4 mm, and (e) is the reflection coefficient when lqp is 3 mm, 4 mm, and 4.5 mm, .

도 20을 참조하면, wm이 0.6 mm 이상, dm이 0.1 mm 이상일 때, 대역폭 증가율이 높음을 알 수 있다. 또한, lmi가 0.4 mm일 때, -10 dB이하가 되는 비대역폭은 5.7%임을 알 수 있다.Referring to FIG. 20, when the wm is 0.6 mm or more and the dm is 0.1 mm or more, the bandwidth increase rate is high. Also, when lmi is 0.4 mm, it can be seen that the specific bandwidth which is less than -10 dB is 5.7%.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 미앤더 라인을 추가한 경우와 추가하지 않은 경우의 반사계수를 비교하는 그래프이다. 도 21을 참조하면, 미앤더 라인을 추가하지 않은 경우 -10 dB이하가 되는 비대역폭은 2.1%인데 반해, 미앤더 라인을 추가한 경우 -10 dB이하가 되는 비대역폭은 5.5% 임을 알 수 있다. FIG. 21 is a graph comparing reflection coefficients when a meander line is added and when it is not added according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 21, it can be seen that when the meander line is not added, the specific bandwidth which is less than -10 dB is 2.1%, while when the meander line is added, the specific bandwidth which is less than -10 dB is 5.5% .

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 미앤더 라인을 추가한 경우와 추가하지 않은 경우의 복사패턴을 비교하는 그래프이다. 도 22를 참조하면, 미앤더 라인이 추가되지 않은 경우 이득(Gain)이 18.2 dBi, 미앤더 라인이 추가된 경우 이득이 16.9 dBi임을 알 수 있다. 또한, 미앤더 라인이 추가되지 않은 경우의 부엽크기가 xz 평면에서 -28.0, yz 평면에서 -26.5 dB임을 확인할 수 있다. 또한, 미앤더 라인이 추가된 부엽크기가 xz 평면에서 -28.6, yz 평면에서 -20.7 dB임을 확인할 수 있다.FIG. 22 is a graph comparing radiation patterns when a meander line is added and when radiation is not added according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 22, it can be seen that the gain is 18.2 dBi when the meander line is not added, and the gain is 16.9 dBi when the meander line is added. In addition, it can be seen that the side lobe size when the meander line is not added is -28.0 in the xz plane and -26.5 dB in the yz plane. In addition, it can be seen that the size of the side leaf added with the meander line is -28.6 in the xz plane and -20.7 dB in the yz plane.

도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 설명하기 위한 측면도, 도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 단면을 나타낸 도면이다. FIG. 23 is a side view for explaining a microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention, and FIG. 24 is a cross-sectional view of a microstrip patch antenna according to another embodiment of the present invention.

도 23을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나(2300)는 제1 기판(2310), 제1 기판(2310)의 상면에 형성된 방사부(2320), 방사부(2320)에 대향하도록 슬롯이 형성된 접지면(ground plane)(2360), 접지면(2360)이 상면에 형성된 제2 기판(2330), 제2 기판(2330)의 하면에 형성된 급전 네트워크(2350), 급전부(2340)를 포함하고, 제1 기판(2310)과 제2 기판(2330) 사이에는 에어갭(hg)이 존재한다.23, a microstrip patch array antenna 2300 according to another embodiment of the present invention includes a first substrate 2310, a radiation part 2320 formed on the upper surface of the first substrate 2310, a radiation part 2320 A second substrate 2330 having a ground plane 2360 formed on an upper surface thereof, a feed network 2350 formed on the lower surface of the second substrate 2330, And an air gap hg is present between the first substrate 2310 and the second substrate 2330. In this case,

제1 기판(2310)은 접지면(2360)과 전기적으로 연결되며, 방사부(2320)가 상면에 형성된다. 안테나는 제1 기판(2310)의 상부에 실장되는 16(4×4)개의 방사소자를 포함하지만 이것으로 한정되지 않는다. The first substrate 2310 is electrically connected to the ground plane 2360, and the radiation part 2320 is formed on the upper surface. The antenna includes, but is not limited to, 16 (4 x 4) radiating elements mounted on top of the first substrate 2310.

제1 기판(2310), 방사부(2320), 급전 네트워크(2350), 급전부(2340)는 도 1과 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다. The first substrate 2310, the radiation unit 2320, the power supply network 2350, and the power supply unit 2340 are the same as those in FIG. 1, and thus description thereof will be omitted.

접지면(2360)은 개구 결합 급전을 위한 슬롯들(2370)이 뚫려 있고, 슬롯들(2370)은 N X N (N=4)개의 방사소자에 전력이 전달되도록 방사소자가 형성된 위치와 대응되도록 형성된다. The ground plane 2360 is formed so as to correspond to the position where the radiating elements are formed such that slots 2370 for opening coupling power supply are provided and slots 2370 are connected to NXN (N = 4) radiating elements .

제2 기판(2330)의 상면에는 복수의 슬롯(2370)이 형성된 접지면(2360)이 형성되고, 하면에는 급전 네트워크(2350)가 형성된다. A ground plane 2360 having a plurality of slots 2370 is formed on the upper surface of the second substrate 2330 and a feed network 2350 is formed on the lower surface of the second substrate 2330.

따라서, 급전부(2340)에 급전된 전력은 급전 네트워크(2350)를 통해 각각의 슬롯(2370)으로 전달되어, 방사부(2320)의 각 방사소자가 동작한다. Accordingly, the power supplied to the power feeder 2340 is transmitted to each slot 2370 through the power feed network 2350, so that the radiating elements of the radiator 2320 operate.

도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이다. 도 25를 참조하면, 중심주파수 10.5 GHz에서 반사계수는 -11.5 dB 였으며, -10 dB 이하가 되는 구간의 비대역폭은 17.2%임을 알 수 있다. 25 is a graph showing reflection coefficients of a microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 25, the reflection coefficient is -11.5 dB at a center frequency of 10.5 GHz, and the non-bandwidth width of the section of less than -10 dB is 17.2%.

도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 복사패턴을 나타낸 그래프이다. 도 26을 참조하면, 부엽크기가 xz-평면과 yz-평면이 각각 -26.9 dB, -26.9 dB 이며, 이득은 18.3 dBi 임을 알 수 있다. 26 is a graph showing a radiation pattern of a microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 26, it can be seen that the side lobe size is -26.9 dB, -26.9 dB, and the gain is 18.3 dBi in the xz-plane and the yz-plane, respectively.

상술한 바와 같이 구성된 마이크로스트립 패치 배열 안테나는, 다수의 1/4 파장 임피던스 변환기를 결합한 병렬-직렬 급전 구조를 사용하여 각 패치안테나에 공급하는 전력을 조절함으로써, 높은 이득과 낮은 부엽크기를 가질 수 있다. 또한, 1/4 파장 임피던스 변환기의 특성임피던스 값을 조절하는 것으로 원하는 전력분배비를 가지게 할 수 있으며, 병렬 급전 구조에 비해 손실이 적고 직렬 급전 구조보다 제작이 용이한 장점이 있다. 또한, 병렬 급전 구조와 직렬 급전 구조의 장점을 모두 갖추고 있으며 병렬 급전 구조에 비해 간단하게 원하는 전력분배비를 구현할 수 있으며, 한 방향으로만 전력이 분배되는 직렬 급전 구조에 비해 양 방향으로 전력분배가 되므로 각 패치안테나에 공급되는 전력의 비율을 원하는 대로 조절할 수 있다.The microstrip patch array antenna configured as described above can have high gain and low side lobe size by adjusting power supplied to each patch antenna by using a parallel-to-serial feeding structure combining a plurality of quarter-wave impedance converters have. In addition, the characteristic impedance of the 1/4 wavelength impedance converter can be adjusted to have a desired power distribution ratio, and the loss is less than that of the parallel feed structure, and it is easier to manufacture than the serial feed structure. In addition, it has all the advantages of parallel feed structure and serial feed structure, and can achieve a desired power share ratio compared with a parallel feed structure. As compared with a serial feed structure in which power is distributed in only one direction, power is distributed in both directions The ratio of the power supplied to each patch antenna can be adjusted as desired.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

100, 2300 : 마이크로스트립 패치 배열 안테나
110 : 기판
120 : 방사소자
125, 2320 : 방사부
130, 2340 : 급전부
140 : 급전 네트워크
150, 2350 : 접지부
2310 : 제1 기판
2330 : 제2 기판
2360 : 접지면
2370 : 슬롯
100, 2300: Microstrip patch array antenna
110: substrate
120: radiating element
125, 2320:
130, 2340:
140: Feeding network
150, 2350:
2310: first substrate
2330: second substrate
2360: Ground plane
2370: Slot

Claims (12)

기판;
상기 기판의 상면에 형성되고, 제1방향으로 배열되는 복수의 방사소자를 포함하는 복수의 방사소자 열이 제2 방향으로 배열되는 방사부;
상기 기판의 상면에 형성되고, 전력을 급전하는 급전부를 중심으로 상하좌우 대칭이며, 상기 급전부로부터의 전력을 각 방사소자에 전달하는 전송 선로를 포함하는 급전 네트워크; 및
상기 기판의 하면에 형성되는 접지부를 포함하며,
상기 급전 네트워크는 병렬 급전 방식과 직렬 급전 방식이 적용되고,
상기 복수의 방사소자 열 각각은 N개의 방사소자를 포함하여, 상기 방사부는 N X M (N, M은 자연수)의 방사소자가 배열 형태로 구성되며,
상기 급전 네트워크의 전송 선로에는 λ/4 임피던스 변환기가 복수개 구비되고, 상기 λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조절하여 각 출력포트의 전압분배비를 조절하고,
상기 방사소자는 4 X 4 배열 형태를 포함하고,
상기 제1방향으로 배열된 방사소자를 연결하는 상기 출력포트 사이에는 2개의 상기 λ/4 임피던스 변환기가 구비되고,
상기 전압 분배비는 1:5:5:1일 경우, 상기 병렬 급전 방식과 상기 직렬 급전 방식의 전압 분배비는 1:5인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
Board;
A radiation part formed on an upper surface of the substrate and in which a plurality of radiating element rows including a plurality of radiating elements arranged in a first direction are arranged in a second direction;
And a transmission line formed on an upper surface of the substrate and symmetrical in the up, down, left, and right directions around a power feeding part for feeding power, and transmitting power from the power feeding part to each radiating element; And
And a ground portion formed on a lower surface of the substrate,
The parallel feed system and the serial feed system are applied to the feed network,
Wherein each of the plurality of radiating element rows includes N radiating elements, wherein the radiating part is configured in an array form of NXM (N, M is a natural number) radiating elements,
A plurality of λ / 4 impedance converters are provided in the transmission line of the power supply network, a characteristic impedance value of the λ / 4 impedance converter is adjusted to adjust a voltage division ratio of each output port,
Wherein the radiating element comprises a &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 4x4 &
And two λ / 4 impedance converters are provided between the output ports connecting the radiating elements arranged in the first direction,
Wherein when the voltage division ratio is 1: 5: 5: 1, the voltage distribution ratio of the parallel feed method and the serial feed method is 1: 5.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 방사소자는 마이크로스트립 패치이고,
상기 마이크로스트립 패치의 폭과 길이는 9 mm인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the radiating element is a microstrip patch,
Wherein the microstrip patch has a width and a length of 9 mm.
제1항에 있어서,
상기 급전 네트워크는, 중심 주파수가 10.5 GHz이고, 각 방사소자를 연결하는 선로의 전기적 길이가 안테나 동작 주파수 파장(λ)이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the feed network has a center frequency of 10.5 GHz and the electrical length of the line connecting each radiating element is an antenna operating frequency wavelength (?).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 급전 네트워크는,
적어도 하나 이상의 λ/4 임피던스 변환기가 구비되며 서로 대칭인 제1 및 제2 직렬 급전선로부, 상기 제1 및 제2 직렬 급전선로부가 λ/4 임피던스 변환기와 병렬로 연결된 병렬 급전선로부로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
The method according to claim 1,
The power supply network includes:
And a parallel feed line portion connected to the first and second serial feeders in parallel with the additional? / 4 impedance converter, wherein the first and second serial feeders have at least one? / 4 impedance converter and are symmetrical to each other. A microstrip patch array antenna.
제1항에 있어서,
상기 급전 네트워크에서 상기 급전부와 연결된 전송선로의 길이를 조정하거나, 또는 각 방사소자와 연결되는 전송선로의 선폭을 변경하여 대역폭을 확장시키는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the bandwidth is extended by adjusting a length of a transmission line connected to the feeding part in the feeding network or changing a line width of a transmission line connected to each radiating element.
제7항에 있어서,
상기 급전 네트워크는,
상기 급전부를 기준으로 양 옆에 미앤더 라인 (meander line)이 추가하여 전송선로의 길이를 늘려 대역폭을 넓히고, 상기 미앤더 라인은 구부러진 형태를 포함하는 것을 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
8. The method of claim 7,
The power supply network includes:
A meander line is added on both sides of the feeding part to increase the length of the transmission line to increase the bandwidth, and the meander line includes a curved shape.
제1 기판;
상기 제1 기판의 상면에 형성되고, 제1방향으로 배열되는 복수의 방사소자를 포함하는 복수의 방사소자 열이 제2 방향으로 배열되는 방사부;
상기 방사부의 방사소자의 위치와 대향되도록 복수의 슬롯이 형성된 접지면(ground plane);
상기 접지면이 상면에 형성된 제2 기판; 및
상기 제2 기판의 하면에 형성되고, 전력을 급전하는 급전부를 중심으로 상하좌우 대칭이며, 상기 급전부로부터의 전력을 각 방사소자에 전달하는 전송 선로를 포함하는 급전 네트워크를 포함하되,
상기 급전 네트워크는 병렬 급전 방식과 직렬 급전 방식이 적용되고,
상기 방사부는 상기 복수의 방사소자 열 각각은 N개의 방사소자를 포함하여, N X M (N, M은 자연수)의 방사소자가 배열 형태로 구성되며,
상기 급전 네트워크의 전송 선로에는 λ/4 임피던스 변환기가 복수개 구비되고, 상기 λ/4 임피던스 변환기의 특성 임피던스 값을 조절하여 각 출력포트의 전압분배비를 조절하고,
상기 방사소자는 4 X 4 배열 형태를 포함하고,
상기 제1방향으로 배열된 방사소자를 연결하는 상기 출력포트 사이에는 2개의 상기 λ/4 임피던스 변환기가 구비되고,
상기 전압 분배비는 1:5:5:1일 경우, 상기 병렬 급전 방식과 상기 직렬 급전 방식의 전압 분배비는 1:5인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
A first substrate;
A radiating element formed on an upper surface of the first substrate and having a plurality of radiating element rows arranged in a second direction including a plurality of radiating elements arranged in a first direction;
A ground plane in which a plurality of slots are formed to face the position of the radiating element of the radiating part;
A second substrate on which the ground plane is formed; And
And a feed line formed on the lower surface of the second substrate and symmetric with respect to the feed part for feeding power and transmitting the power from the feed part to each radiating element,
The parallel feed system and the serial feed system are applied to the feed network,
Wherein each of the plurality of radiating element rows includes N radiating elements, and NXM (N, M is a natural number) radiating elements are arranged in an array form,
A plurality of λ / 4 impedance converters are provided in the transmission line of the power supply network, a characteristic impedance value of the λ / 4 impedance converter is adjusted to adjust a voltage division ratio of each output port,
Wherein the radiating element comprises a &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 4x4 &
And two λ / 4 impedance converters are provided between the output ports connecting the radiating elements arranged in the first direction,
Wherein when the voltage division ratio is 1: 5: 5: 1, the voltage distribution ratio of the parallel feed method and the serial feed method is 1: 5.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 급전 네트워크는,
적어도 하나 이상의 λ/4 임피던스 변환기가 구비되며 서로 대칭인 제1 및 제2 직렬 급전선로부, 상기 제1 및 제2 직렬 급전선로부가 λ/4 임피던스 변환기와 병렬로 연결된 병렬 급전선로부로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
10. The method of claim 9,
The power supply network includes:
And a parallel feed line portion connected to the first and second serial feeders in parallel with the additional? / 4 impedance converter, wherein the first and second serial feeders have at least one? / 4 impedance converter and are symmetrical to each other. A microstrip patch array antenna.
제9항에 있어서,
상기 급전 네트워크에서 상기 급전부와 연결된 전송선로의 길이를 조정하거나, 또는 각 방사소자와 연결되는 전송선로의 선폭을 변경하여 대역폭을 확장시키는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
10. The method of claim 9,
Wherein the bandwidth is extended by adjusting a length of a transmission line connected to the feeding part in the feeding network or changing a line width of a transmission line connected to each radiating element.
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