KR102003955B1 - 소형 광대역 다이폴 안테나 - Google Patents

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KR102003955B1
KR102003955B1 KR1020180095096A KR20180095096A KR102003955B1 KR 102003955 B1 KR102003955 B1 KR 102003955B1 KR 1020180095096 A KR1020180095096 A KR 1020180095096A KR 20180095096 A KR20180095096 A KR 20180095096A KR 102003955 B1 KR102003955 B1 KR 102003955B1
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박익모
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아주대학교산학협력단
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Abstract

소형 광대역 다이폴 안테나를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 광대역 다이폴 안테나는, 기판, 상기 기판의 상면에 제1 다이폴 소자와 제1 스플릿 링 공진기(Split-Ring Resonator)가 형성된 제1 패턴부, 상기 기판의 하면에 제2 다이폴 소자와 제2 스플릿 링 공진기(Split-Ring Resonator)가 형성된 제2 패턴부, 상기 제1 패턴부에 전기 신호를 공급하는 급전부를 포함한다.

Description

소형 광대역 다이폴 안테나{Compact Broadband Dipole Antenna}
본 발명은 소형 광대역 다이폴 안테나에 관한 것으로, 특히 기판의 상면에 다이폴 소자와 스플릿 링 공진기를 형성하고 기판의 하면에 다이폴 소자와 스플릿 링 공진기를 형성하여, 광대역이면서 소형 및 박형(low-profile)으로 설계된 다이폴 안테나에 관한 것이다.
통신 기술의 발달에 따라 다양한 전자기기 분야에서 무선 통신이 가능한 전자기기가 적용되고 있다. 최근 들어, 스마트폰이나 태블릿 컴퓨터의 대중화에 따라, 휴대용 전자기기에서 무선 통신은 필수적인 요소 중 하나로 자리잡고 있다.
안테나는 무선 통신을 수행하기 위한 전파를 방사 또는 수신하는 장치이다. 최근 다양한 대역에서 사용가능한 멀티 밴드 안테나를 구현하기 위하여, 멀티 밴드 공진기를 가진 다이폴 안테나 구조 및 PIFA (Planar Inverted-FAntenna) 구조 등의 안테나 다양하게 소개되고 있다.
한편, 무선 통신 시스템 및 그 응용의 진화는 광대역, 박형(low-profile) 및 소형 안테나에 대한 요구를 필요로 하고 있다. 따라서, 무선 통신 애플리케이션의 지속적인 요구 사항을 따라 잡을 수 있는 안테나의 설계가 필요하다. 무선통신 애플리케이션을 위한 안테나는 넓은 동작 대역폭, 소형 크기, 저렴한 비용, 박형(low-profile)을 특징으로 한다. 이러한 안테나 요구 사항을 만족시키기 위한 안테나 설계 기술이 개발되고 있고, 그 안테나 설계 기술로 간단한 구조이고 소형이여서 소형 장치에 쉽게 통함되는 인쇄된 안테나(printed antennas)가 있다. 다이폴 안테나와 CPW급 모노폴과 같은 인쇄된 안테나의 설계에서 다이폴과 모노폴과 같은 radiator의 복합 구조로 광대역 특성이 생성된다. 또한, dual-meander folded loop와 disk-loaded monopole로 구성된 작은 광대역 안테나가 설계되었다. 그러나, 이러한 안테나들은 좁은 대역폭을 가지며 큰 공간을 차지하는 고전적인 루프 안테나에 의해 제한된 대역폭을 제공한다. 또한, 안테나 소형화 및 강력한 전자기 공진(electromagnetic resonance)의 가능성 때문에, SRR(split ring resonator)이 많은 전기적 소형 안테나(ESA)를 설계하는데 사용된다. 그러나, SRR은 크기가 작으면 Q-factor가 급격히 증가하고 그에 따라 대역폭이 감소하게 된다.
살핀 바와 같이, 종래의 안테나는 무선 통신에서 요구하는 광대역, 박형(low-profile) 및 소형화가 매우 어렵다.
따라서, 광대역, 소형 및 박형(low-profile)에 대한 안테나 요구 사항을 만족시키는 기술개발이 요구되고 있다.
이에 관련하여, 발명의 명칭이 "박막 인공자기도체 기반의 소형 웨어러블 안테나"인 한국등록특허 제10-1762130호가 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광대역, 소형 및 박형(low-profile)에 대한 안테나 요구 사항을 만족시키는 소형 광대역 다이폴 안테나를 제공하는 것이다.
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.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 광대역 다이폴 안테나는, 기판, 상기 기판의 상면에 제1 다이폴 소자와 제1 스플릿 링 공진기(Split-Ring Resonator)가 형성된 제1 패턴부, 상기 기판의 하면에 제2 다이폴 소자와 제2 스플릿 링 공진기(Split-Ring Resonator)가 형성된 제2 패턴부, 상기 제1 패턴부에 전기 신호를 공급하는 급전부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 패턴부와 제2 패턴부는 상기 급전부를 기준으로 서로 대칭되는 방향으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 패턴부에서, 상기 제1 다이폴 소자는 상기 급전부를 기준으로 일 방향으로 형성되고, 상기 제1 스플릿 링 공진기는 상기 제1 다이폴 소자의 암(arm)과 일정 거리 이격되어 상기 제1 다이폴 소자의 암을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 패턴부에서, 상기 제2 다이폴 소자는 상기 급전부를 기준으로 상기 제1 다이폴 소자와 대칭되는 방향으로 형성되고, 상기 제2 스플릿 링 공진기는 상기 제2 다이폴 소자의 암(arm)과 일정 거리 이격되어 상기 제2 다이폴 소자의 암을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 스플릿 링 공진기는 상기 제1 다이폴 소자 암의 반대 방향으로 상기 급전부를 둘러싸도록 일정 거리 이격되어 배치되고, 상기 제2 스플릿 링 공진기는 상기 제2 다이폴 소자 암의 반대 방향으로 상기 급전부를 둘러싸도록 일정 거리 이격되어 배치되며, 상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 크기 및 형상이 동일할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 갭(gap)이 X축 방향으로 대칭되도록 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 갭(gap)이 원점 대칭되도록 배치될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 소형 광대역 다이폴 안테나는, 기판, 상기 기판의 중앙에 형성된 급전부, 상기 기판의 상면에 상기 급전부를 기준으로 일 방향으로 형성되는 제1 다이폴 소자, 상기 제1 다이폴 소자의 암(arm)과 일정 거리 이격되어 상기 제1 다이폴 소자의 암을 둘러싸는 형태로 배치되는 제1 스플릿 링 공진기, 상기 기판의 하면에 상기 급전부를 기준으로 타 방향으로 형성되는 제2 다이폴 소자, 상기 제2 다이폴 소자의 암(arm)과 일정 거리 이격되어 상기 제2 다이폴 소자의 암을 둘러싸는 형태로 배치되는 제2 스플릿 링 공진기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 스플릿 링 공진기는 상기 제1 다이폴 소자 암의 반대 방향으로 상기 급전부를 둘러싸도록 일정 거리 이격되어 배치되고, 상기 제2 스플릿 링 공진기는 상기 제2 다이폴 소자 암의 반대 방향으로 상기 급전부를 둘러싸도록 일정 거리 이격되어 배치되며, 상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 크기 및 형상이 동일할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 갭(gap)이 X축 방향 또는 원점 대칭되도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 얇은 기판의 상면에 다이폴 소자와 스플릿 링 공진기를 형성하고 기판의 하면에 다이폴 소자와 스플릿 링 공진기를 형성함으로써, 광대역이면서 소형 박형인 안테나를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인쇄된 (printed) 다이폴의 각 암(arm)은 커플링에 유리한 전자기 환경을 제공하기 위해 인쇄된 SRR로 둘러싸여 있으므로, 3개의 공진 모드를 발생하고, 이로 인해 광대역 안테나를 구현할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 광대역 다이폴 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스플릿 링 공진기 갭의 위치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사계수 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 3에 도시된 3개의 공진 주파수 지점에서 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
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.
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.
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.
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.
이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 광대역 다이폴 안테나를 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스플릿 링 공진기 갭의 위치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 광대역 다이폴 안테나는, 기판(110), 기판 상면에 형성된 제1 패턴부(120), 기판 하면에 형성된 제2 패턴부(130), 급전부(140)를 포함한다. 이때, 제1 패턴부(120)와 제2 패턴부(120)는 기판(110)에 인쇄된 형태일 수 있고, 급전부(140)를 기준으로 대칭 방향에 형성될 수 있다.
기판(110)의 중앙에는 비어(via)가 형성될 수 있고, 비어는 급전부(140)를 연결하는 구성일 수 있다. 이때, 기판(110)은 Rogers RT/duroid 5880 제품으로 구성될 수 있다. 또한, 기판(110)의 유전상수(
Figure 112018080519286-pat00001
)는 2.2, 손실 탄젠트(tan
Figure 112018080519286-pat00002
는 0.0019, 두께(h)는 0.508 mm로 구성될 수 있다. 이러한 얇은 기판(110)을 사용함으로써, 전체 크기가 10.2 mm × 74.6 mm × 0.508 mm (1.97 GHz에서 0.067λ × 0.489λ × 0.0033λ)인 박형 (low-profile) 안테나를 보장할 수 있다.
제1 패턴부(120)는 기판(110)의 상면에 형성되며, 제1 다이폴 소자(122)와 제1 스플릿 링 공진기(Split-Ring Resonator, SRR)(125)를 포함한다.
제1 다이폴 소자(122)는 급전부(140)를 기준으로 일 방향으로 형성되고, 제1 다이폴 소자(122)의 길이는 예컨대, 대역 주파수의 λ/2일 수 있다. 여기서 λ는 파장이다.
제1 스플릿 링 공진기(125)는 제1 다이폴 소자의 암(arm)(122)과 일정 거리(d) 이격되어 제1 다이폴 소자의 암(122)을 둘러싸는 형태로 배치된다. 이때, 제1 스플릿 링 공진기(125)는 제1 다이폴 소자 암(122)의 반대 방향으로 급전부(140)를 둘러싸도록 일정 거리(e) 이격되어 배치된다.
이처럼, 제1 스플릿 링 공진기(125)는 제1 다이폴 소자의 암(arm)(122)과 급전부(140)를 둘러싸는 형태로 배치되고, 제1 다이폴 소자의 암(122)과의 이격거리(d)와 급전부(140)와의 이격거리(e)는 다를 수 있다.
제2 패턴부(130)는 기판(110)의 하면에 급전부(140)를 기준으로 제1 패턴부(120)와 대칭 방향에 형성되고, 제2 다이폴 소자(132)와 제2 스플릿 링 공진기(Split-Ring Resonator)(135)를 포함한다.
제2 다이폴 소자(132)는 급전부(140)를 기준으로 제1 다이폴 소자(122)와 대칭되는 방향(반대 방향)으로 형성되고, 제2 다이폴 소자(132)의 길이는 제1 다이폴 소자(122)의 길이와 동일할 수 있다. 예컨대, 대역 주파수의 λ/2일 수 있다. 즉, 제1 다이폴 소자 암(122)과 제2 다이폴 소자(132)은 길이(Ld), 폭(Wd)이 동일 할 수 있다.
제2 스플릿 링 공진기(135)는 제2 다이폴 소자의 암(arm)(132)과 일정 거리(d) 이격되어 제2 다이폴 소자의 암(132)을 둘러싸는 형태로 배치된다. 이때, 제2 스플릿 링 공진기(135)는 제2 다이폴 소자 암(132)의 반대 방향으로 급전부(140)를 둘러싸도록 일정 거리(e) 이격되어 배치된다.
이처럼, 제2 스플릿 링 공진기(135)는 제2 다이폴 소자의 암(arm)(132)과 급전부(140)를 둘러싸는 형태로 배치되고, 제2 다이폴 소자의 암(132)과의 이격거리(d)와 급전부(140)와의 이격거리(e)는 다를 수 있다. 또한, 제2 스플릿 링 공진기(135)는 제1 스플릿 링 공진기(125)와 크기 및 형상이 동일할 수 있다. 즉, 2 스플릿 링 공진기(135)와 제1 스플릿 링 공진기(125)는 길이(Ll), 폭(Wl), 링 폭(Ws), 갭 간격(gap)이 동일할 수 있다.
일반적으로, 스플릿 링 공진기는 원형이나 사각형의 얇은 두께의 링(고리)의 한쪽에 갭(gap)이 있는 형태이며, 높은 품질 인자(quality factor)를 갖는 LC 공진회로로 등가화할 수 있다. 스플릿 링 공진기는 2개의 금속 링이 가지는 인덕턴스 성분과 2개의 갭, 그리고 링과 링 사이에 발생되는 커패시턴스 성분에 대한 전체 인덕턴스량과 커패시턴스 량에 의하여 LC 공진주파수를 가진다.
한편, 본 발명의 제1 스플릿 링 공진기(125)와 제2 스플릿 링 공진기(135)는 크기와 모양이 동일하므로, 두 스플릿 링 공진기(125, 135)의 갭(gap) 위치가 안테나의 성능에 영향을 줄 수 있다. 이처럼, 두 스플릿 링 공진기(125, 135)의 갭(gap) 위치에 따라 안테나의 성능이 달라질 수 있으므로, 갭의 위치가 중요하다.
이에, 제1 스플릿 링 공진기(125)와 제2 스플릿 링 공진기(135)는 갭(gap)이 대칭되도록 배치된다. 예컨대, 제1 스플릿 링 공진기(125)와 제2 스플릿 링 공진기(135)의 갭(gap)은 도 2의 (a)와 같이 X축 방향으로 대칭되도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 스플릿 링 공진기(125)와 제2 스플릿 링 공진기(135)의 갭은 도 2의 (b)와 같이 원점 대칭되도록 배치될 수 있다. 이때, 제1 스플릿 링 공진기(125)와 제2 스플릿 링 공진기(135)의 갭(gap)은 동일한 간격일 수 있다. 여기서는 제1 스플릿 링 공진기(125)와 제2 스플릿 링 공진기(135)의 갭을 X축, 원점으로 대칭되도록 배치하였으나, 이에 한정하지 않으며 다양한 방향으로 대칭되도록 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 스플릿 링 공진기(125)는 제1 다이폴 소자의 암(arm)(122)과 급전부(140)를 둘러싸는 형태로 배치되고, 제2 스플릿 링 공진기(135)는 제2 다이폴 소자의 암(arm)(132)과 급전부(140)를 둘러싸는 형태로 배치된다. 따라서, 제1 스플릿 링 공진기(125) 및 제2 스플릿 링 공진기(135)는 급전부(140)를 둘러싸는 일정 거리(e)가 서로 겹치는 영역이 되고, 이로 인해 제1 스플릿 링 공진기(125) 및 제2 스플릿 링 공진기(135)는 상호작용하여 공진하게 된다.
이처럼, 본 발명의 인쇄된 (printed) 다이폴의 각 암(arm)(122, 132)은 커플링에 유리한 전자기 환경을 제공하기 위해 인쇄된 SRR(125, 135)로 둘러싸여 있으므로, 본 발명에 따른 안테나는 3개의 공진모드를 발생한다. 즉, 다이폴 소자(122, 132)에 의한 공진, 하나의 스플릿 링 공진기에 의한 공진, 제1 및 제2 스플릿 링 공진기(122, 132)의 상호작용에 의한 공진을 발생한다. 이러한 3개 공진모드는 상호작용하여 광대역 특성을 생성한다. 구체적으로, 급전부(140)를 통해 전류가 공급되면, 다이폴 소자(122, 132)가 여기되고, 전자기 커플링(electromagnetic coupling)에 의해 제1 스플릿 링 공진기(125) 및 제2 스플릿 링 공진기(135)는 다이폴 소자(122, 132)에 의해 여기된다. 그러면, 다이폴 소자(122, 132)는 제1 주파수에서 공진을 발생하고, 제1 스플릿 링 공진기(125)는 다이폴처럼 동작하여 제2 주파수에서 공진을 발생하며, 제1 스플릿 링 공진기(125) 및 제2 스플릿 링 공진기(135)는 상호작용하여 제3 주파수에서 공진을 발생한다. 이때, 제3 주파수, 제1 주파수, 제2 주파수 순으로 그 값이 높을 수 있다. 이러한 원리에 의해 본 발명의 안테나는 광대역 특성을 갖는다.
급전부(140)는 기판(110)의 중앙에 형성되며, 전기 신호를 공급한다. 이때, 급전부(140)는 케이블을 통하여 전력을 공급할 수 있다. 여기서 케이블은 급전선의 역할을 수행하며, 외부 도체와 내부 도체로 이루어진 동축 케이블일 수 있다.
동축 케이블은 중심축에 내부 도체가 있고, 이를 절연체로 둘러싼 뒤, 여기에 외부 도체를 원통의 그물형태로 씌우고, 최종적으로 피복으로 감싼 형태의 케이블이다. 외부 도체를 쉴드라고도 하는데, 이렇게 그물망 형태로 둘러 싸면 전자기장을 차폐하는 효과가 나오기 때문에 노이즈의 간섭을 덜 받게 된다. 주위에 고주파 신호가 케이블을 통과해도 동축 구조로 상쇄하고 고주파를 매우 적은 손실로 장거리를 전송할 수 있다.
이러한 동축 케이블을 이용하여 소형 광대역 다이폴 안테나가 여기된다.
이를 위해, 동축 케이블의 내부 도체는 기판(110)의 급전부(비어, via)(140)를 통해 제1 다이폴 소자의 암(122)과 연결되고, 동축 케이블의 외부 도체는 제2 다이폴 소자의 암(132)과 연결된다. 내부 도체를 통해 전력을 급전하게 되고, 외부 도체를 통해 그라운드 역할을 수행하게 된다.
상술한 바와 같이 얇은 기판(110)의 상면에 제1 다이폴 소자(122)와 제1 스플릿 링 공진기(125)를 형성하고 기판(110)의 하면에 제2 다이폴 소자(132)와 제2 스플릿 링 공진기(135)를 형성함으로써, 광대역이면서 소형 박형인 안테나를 구현할 수 있다.
이러한 구조의 안테나는 ANSYS HFSS를 통해 약 1.97 GHz의 중심 주파수에서 박형(low-profile), 소형 및 광대역 특성을 얻을 수 있다. 이때, 안테나의 최적 설계 파라미터는 예컨대, e = 17.3 mm, W l = 10.2 mm, gap = 1.4 mm, L d = 33.8 mm, W d = 3.6 mm, h = 0.508 mm, W s = 2 mm, G p = 20.4 mm, L s = 74.6 mm, L l = 54.6 mm일 수 있다.
이하, 이러한 최적 설계 파라미터를 적용한 경우, 안테나 성능에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사계수 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 1.45 GHz에서 2.49 GHz 까지를 커버하는 -10 dB 임피던스 대역폭을 갖는 본 발명에 따른 안테나의 반사계수를 보여준다. 3개의 공진모드가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 다이폴은 1.78 GHz (A)에서 공진하고, 하나의 스플릿 링 공진기는 2.38 GHz(B)에서 공진하며, 두개의 스플릿 링 공진기는 1.5 GHz (C)의 낮은 주파수에서 공진을 발생한다. 이는 스플릿 링 공진기가 다이폴로 동작하기 때문일 수 있다. 3개의 공진은 상호 작용하여 광대역 특성을 생성한다.
도 4는 도 3에 도시된 3개의 공진 주파수 지점에서 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 안테나는 대칭 프로파일 및 이득의 변동이 적은 양호한 브로드사이드 (broadside) 다이폴과 같은 방사 패턴을 생성한다. 1.97 GHz의 중심 주파수에서, yz 평면에서 2.59 dBi 의 브로드사이드 이득(broadside gain)과 71.43°의 반 파워 빔폭(half-power beamwidth)을 생성한다. 또한, HFSS 시뮬레이션은 안테나가 2.47 GHz 에서 3.66 dBi 의 피크 이득과 임피던스 대역폭에서 90% 이상의 방사 효율을 산출함을 알 수 있다.
상술한 시뮬레이션 결과를 통해 1.45 GHz에서 2.49 GHz (52.79%의 |S11| <-10 dB 대역폭)를 커버하는 광대역 특성을 제공하기 위해 상호 작용하는 세 가지 모드가 생성됨을 확인할 수 있다. 또한, 전체 크기가 10.2 mm × 74.6 mm × 0.508 mm (1.97 GHz에서 0.067λ × 0.489λ× 0.0033λ)인 소형 안테나의 방사 효율은 90% 이상임을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 안테나는 양호한 성능 특성, 특히 넓은 대역폭, 안정적인 이득, 대칭 방사 패턴 및 높은 방사 효율을 나타냄을 알 수 있다. 이러한 특성은 박형 (low-profile), 경량 및 소형과 결합되어 본 발명의 안테나를 많은 최신 무선 통신 시스템에 다양하게 사용할 수 있도록 할 수 있다.
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.
110 : 기판
120 : 제1 패턴부
122 : 제1 다이폴 소자
125 : 제1 스플릿 링 공진기
130 : 제2 패턴부
132 : 제2 다이폴 소자
135 : 제3 스플릿 링 공진기
140 : 급전부

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판의 상면에 제1 다이폴 소자와 제1 스플릿 링 공진기(Split-Ring Resonator)가 형성된 제1 패턴부;
    상기 기판의 하면에 제2 다이폴 소자와 제2 스플릿 링 공진기(Split-Ring Resonator)가 형성된 제2 패턴부; 및
    상기 제1 패턴부에 전기 신호를 공급하는 급전부를 포함하고,
    상기 제1 패턴부와 제2 패턴부는 상기 급전부를 기준으로 서로 대칭되는 방향으로 형성되고,
    상기 제1 패턴부에서,
    상기 제1 다이폴 소자는 상기 급전부를 기준으로 일 방향으로 형성되고,
    상기 제1 스플릿 링 공진기는 상기 제1 다이폴 소자의 암(arm)과 일정 거리 이격되어 상기 제1 다이폴 소자의 암을 둘러싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 광대역 다이폴 안테나.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 패턴부에서,
    상기 제2 다이폴 소자는 상기 급전부를 기준으로 상기 제1 다이폴 소자와 대칭되는 방향으로 형성되고,
    상기 제2 스플릿 링 공진기는 상기 제2 다이폴 소자의 암(arm)과 일정 거리 이격되어 상기 제2 다이폴 소자의 암을 둘러싸는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 광대역 다이폴 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 스플릿 링 공진기는 상기 제1 다이폴 소자 암의 반대 방향으로 상기 급전부를 둘러싸도록 일정 거리 이격되어 배치되고,
    상기 제2 스플릿 링 공진기는 상기 제2 다이폴 소자 암의 반대 방향으로 상기 급전부를 둘러싸도록 일정 거리 이격되어 배치되며,
    상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 크기 및 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 소형 광대역 다이폴 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 갭(gap)이 X축 방향으로 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 광대역 다이폴 안테나.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 갭(gap)이 원점 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 광대역 다이폴 안테나.
  8. 기판;
    상기 기판의 중앙에 형성된 급전부;
    상기 기판의 상면에 상기 급전부를 기준으로 일 방향으로 형성되는 제1 다이폴 소자;
    상기 제1 다이폴 소자의 암(arm)과 일정 거리 이격되어 상기 제1 다이폴 소자의 암을 둘러싸는 형태로 배치되는 제1 스플릿 링 공진기;
    상기 기판의 하면에 상기 급전부를 기준으로 타 방향으로 형성되는 제2 다이폴 소자; 및
    상기 제2 다이폴 소자의 암(arm)과 일정 거리 이격되어 상기 제2 다이폴 소자의 암을 둘러싸는 형태로 배치되는 제2 스플릿 링 공진기를 포함하고,
    상기 제1 스플릿 링 공진기는 상기 제1 다이폴 소자 암의 반대 방향으로 상기 급전부를 둘러싸도록 일정 거리 이격되어 배치되고,
    상기 제2 스플릿 링 공진기는 상기 제2 다이폴 소자 암의 반대 방향으로 상기 급전부를 둘러싸도록 일정 거리 이격되어 배치되는 소형 광대역 다이폴 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 크기 및 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 소형 광대역 다이폴 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스플릿 링 공진기와 제2 스플릿 링 공진기는 갭(gap)이 X축 방향 또는 원점 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 소형 광대역 다이폴 안테나.
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