KR102047353B1 - 광대역 원형편파 안테나 - Google Patents

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KR102047353B1
KR102047353B1 KR1020180148363A KR20180148363A KR102047353B1 KR 102047353 B1 KR102047353 B1 KR 102047353B1 KR 1020180148363 A KR1020180148363 A KR 1020180148363A KR 20180148363 A KR20180148363 A KR 20180148363A KR 102047353 B1 KR102047353 B1 KR 102047353B1
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황금철
송찬미
이성우
윤주호
임홍준
박원빈
권오헌
장소현
김민준
방재식
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 광대역 원형편파 안테나에 관한 것으로, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 일면에 배치되고 슬롯을 형성하는 접지부; 상기 유전체 기판의 일면에 배치되며, 상기 접지부의 슬롯 내부에 서로 다른 반지름을 갖는 복수개의 부채꼴 패치가 결합되어 형성된 패치부; 상기 유전체 기판의 타면에 배치되며 안테나 동작을 구현하기 위한 기능을 수행하기 위한 스트립 선로; 및 상기 유전체 기판의 타면에 배치되고, 상기 스트립 선로의 일측에 형성된 급전선으로서 기능을 수행하기 위한 마이크로스트립 급전 선로를 포함할 수 있다.

Description

광대역 원형편파 안테나{ BROADBAND CIRCULARLY POLARIZED ANTENNA }
본 발명은 광대역 원형편파 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 반지름을 갖는 복수개의 부채꼴 패치가 결합되어 형성된 패치부를 포함하는 광대역 원형편파 안테나에 관한 것이다.
안테나는 무선통신에서 통신 목적을 달성하기 위해 공간에 효율적으로 전파를 방사하거나, 또는 전파에 의해 효율적으로 기전력을 유기시키기 위해 공중에 가설한 도선으로서, 송수신을 위해 전자파를 공간으로 보내거나 받기 위한 장치이다.
이러한 안테나 중 원형편파 안테나는 선형편파 안테나에 비해 공간상의 전파장애 및 편파왜곡이 우려되는 통신환경에 강하고, 다중경로 페이딩을 완화시킬 수 있기 때문에 원형편파를 형성하는 안테나가 현대 통신 시스템 분야에 많이 사용되고 있다. 또한 편파 손실이 적어 원형편파 안테나는 원거리 무선전력 전송 시스템에 적합하다.
원형편파 안테나의 구조 중 마이크로스트립 안테나는 소형, 경량, 박형의 특성을 가지며, 제작이 용이하여 대량생산이 가능하여 여러 통신 분양서 사용되고 있다. 다만, 원형편파는 발생 대역이 협대역이라는 단점이 있다.
반면 슬롯 안테나는 마이크로스트립 안테나에 비해 광대역 특성을 가지고 있으며 경량 및 제작 또한 용이하다는 장점을 가진다. 하지만, 기존의 슬롯 안테나들 또한 -10 dB 반사 대역폭이 제한적이며 3 dB 축비 대역폭은 이러한 -10 dB 반사 대역폭보다 더 좁다. 이를 극복하기 위하여 넓은 -10 dB 반사 대역폭 및 3 dB 축비 대역폭 특성이 확보된 광대역 원형편파 안테나에 대한 연구가 필요한 실정이다.
한국 등록특허 제10-1719963호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,서로 다른 반지름을 갖는 복수개의 부채꼴 패치가 결합되어 형성된 패치부를 포함하여 광대역 원형편파 특성을 구현할 수 있는 안테나를 제공하기 위함이다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 일면에 배치되고 슬롯을 형성하는 접지부; 상기 유전체 기판의 일면에 배치되며, 상기 접지부의 슬롯 내부에 서로 다른 반지름을 갖는 복수개의 부채꼴 패치가 결합되어 형성된 패치부; 상기 유전체 기판의 타면에 배치되며 안테나 동작을 구현하기 위한 기능을 수행하기 위한 스트립 선로; 및 상기 유전체 기판의 타면에 배치되고, 상기 스트립 선로의 일측에 형성된 급전선으로서 기능을 수행하기 위한 마이크로스트립 급전 선로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 패치부를 형성하는 복수개의 부채꼴 패치 각각의 각도는 30°인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 패치부를 형성하는 복수개의 부채꼴 패치 각각의 각도는 서로 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 패치부의 외면과 상기 접지부의 내면은 이격 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 접지부의 슬롯은 원형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 접지부의 모서리는 상기 유전체 기판의 일면이 오픈되는 오픈부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 접지부는 팔각형인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 스트립 선로는 계단형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 스트립 선로는 S자 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 상기 패치부를 구성하는 각각의 부채꼴 패치의 반지름은 유전 알고리즘을 통해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접지부의 폭은 54mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접지부의 슬롯의 반지름은 21.53mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나는 넓은 -10 dB 반사 대역폭 및 3 dB 축비 대역폭 특성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나는 설계가 간단하고, 저비용으로 제작 가능한 장점이 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 광대역 원형편파 안테나의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 패치부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립 선로 및 마이크로스트립 급전 선로를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 전계분포 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 비교 시뮬레이션을 실행하기 위한 안테나 종류를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 도 7a 내지 도 7d에 도시된 4개의 안테나 종류를 비교 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
도 9는 도 7a에 도시된 안테나와 도 7b에 도시된 안테나에 따른 전계분포 시뮬레이션 결과를 비교한 도면이다.
도 10은 접지부의 폭(g w ) 변화에 따른 안테나 시뮬레이션 결과를 나타내는 것으로, (a)는 반사 계수, (b)는 축비를 나타낸다.
도 11은 접지부 슬롯의 반지름 변화에 따른 안테나 시뮬레이션 결과를 나타내는 것으로, (a)는 반사 계수, (b)는 축비를 나타낸다.
도 12는 실제 제작한 안테나의 앞면(a) 및 뒷면(b)을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사계수 시뮬레이션 및 실제 측정 결과를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 축비 시뮬레이션 및 실제 측정 결과를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 좌회전 원형편파 이득 시뮬레이션, 이득 측정 및 효율 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 2D 방사패턴 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 축비 패턴 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 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 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 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.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 평면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나는 유전체 기판(30) 상면에 패치부(10) 및 슬롯을 형성하는 접지부(20)가 배치되고, 유전체 기판(30) 하면에 스트립 선로(40) 및 마이크로스트립 급전 선로(50)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기판(30)은 예컨대, 두께가 0.8mm이고 한변의 길이가 gw인 정사각형 글래스 에폭시(FR-4) 기판(비유전율ε=4.4, 손실 탄젠트 tanδ= 0.0025)이 사용될 수 있으며, 이외에도 당해 기술분야에서 알려진 통상적인 유전체 기판을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 패치부(10)는 접지부(20)의 슬롯 내부에 형성되는데, 서로 다른 반지름을 갖는 복수개의 부채꼴 패치가 결합된 모양으로 형성될 수 있다. 패치부(10)에 관해서는 도 2를 참고하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 접지부(20)는 금속 접지면을 제공하는 것으로, 원형의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는데, 원형의 슬롯은 반지름이 'R'이고, 그 중심을 원점 'O'라고 지칭하며, 반지름이 'R'에 관하여는 도 X를 참조하여 후술한다.
한편, 접지부(20)의 슬롯 모양은 원형으로 반드시 제한되는 것은 아니며, 다른 모양의 슬롯도 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 접지부(20)는 네 모서리가 한변의 길이 wb인 이등변 삼각형모양으로 잘라진 형상으로 될 수 있다. 즉, 접지부(20)의 하면에 유전체 기판(30)의 일면이 오픈될 수 있도록 오픈부를 더 포함할 수 있다.
다만, 오픈부의 형상은 삼각형 모양으로 제한되는 것은 아니며, 모서리 부분이 둥근 형태도 포함할 수 있다.
도 2는본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 패치부를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 패치부(10)는 서로 다른 반지름(ri)을 갖는 복수개의 부채꼴 패치가 결합되어 형성될 수 있다.
각각의 부채꼴은 중심각이 도 2와 같이 30°로 일정하면, 패치부(10)는 총 12개의 부채꼴 패치로 구성 있다. 다만, 상기 각도로 한정되는 것은 아니며, 복수개의 부채꼴 패치 각각의 각도는 서로 상이할 수도 있다.
도 2와 같이, 안테나가 본 발명의 일 실시예에 따른 패치부를 포함하고, 접지부의 슬롯 내에 배치됨으로써, 광대역 원형편파 특성을 확보할 수 있다.
패치부(10)를 구성하는 각각의 부채꼴 패치의 반지름(ri)을 비롯한 안테나 설계 파라미터들은 유전 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 적용하여 최적화될 수 있다.
안테나 설계 파라미터들은 표 1과 같이 설계될 수 있다.
Figure 112018118266311-pat00001
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 저면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립 선로 및 마이크로스트립 급전 선로를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 유전체 기판(30) 하면에 스트립 선로(40) 및 마이크로스트립 급전 선로(50)를 포함한다.
스트립 선로(40)는 안테나 동작을 구현하기 위한 기능을 수행하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에서는 도 3에 도시된 바와 같이 계단형 또는 S형으로 형성된 것을 특징으로 한다.
마이크로스트립 급전 선로(50)는 스트립 선로의 일측에 형성되어 SMA 커넥터와 유전체 기판(30)을 연결하며, 급전선으로서 기능을 수행한다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립 선로(40)는 세 개의 직사각형 부분으로 나뉠 수 있다. 선로(40)는 보다 구체적으로,(w2 × l3) 넓이의 제1 스트립 선로(41), (w1/2 - wf/2 + w2) × (l2 - l1) 넓이의 제2 스트립 선로(42), (w1 × l1) 넓이의 제3 스트립 선로(43)로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트립 선로(40)가 계단형 또는 S자 형으로 구성됨으로써, 안테나는 섭동(perturbation)을 형성하여 원형편파를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 스트립 급전 선로(50)는 바람직하게 50Ω 마이크로스트립 라인일 수 있으며, 스트립 선로(40)에 연결된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 단면도이다. 보다 구체적으로는, 도 1의 중심 O를 기준으로 y축 방향으로 자른 단면을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 유전체 기판(30) 상면에 접지부(20) 및 패치부(10)가 배치되고, 유전체 기판(30) 하면에 스트립 선로(40) 및 마이크로스트립 급전 선로(50)가 배치된다.
접지부(20)의 슬롯 내부에 패치부(10)가 배치되기 때문에 접지부(20)와 패치부(10) 사이에 이격 공간이 형성될 수 있다.
한편, 마이크로스트립 급전 선로(50)는 스트립 선로(40)와 동일 면상에서 스트립 선로(40)와 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 원형편파 안테나의 전계분포 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, +z 방향에서 시간 t에 따른 전계분포 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도6(a)에 따르면, 원형 슬롯 내부에 형성되는 전계 성분들 중 우세한 전계 성분들의 벡터 합을 의미하는 벡터 E는 t=0 일 때 전계가 왼쪽 위에서 오른쪽 아래 방향으로, t=T/4 일 때 오른쪽 위에서 왼쪽 아래 방향으로 형성된다. 이는 t가 증가함에 따라 반시계 방향으로 회전하는 좌편파(LHCP, Left Handed Circular Polarization)가 형성되는 것을 의미한다. 마찬가지로 도6(b)에서는 3.5 GHz에서 좌편파가 형성되는 것을 알 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 비교 시뮬레이션을 실행하기 위한 안테나 종류를 나타낸다. 보다 구체적으로, 도 7a는 마이크로스트립 선로로 급전되는 일반적인 원형 슬롯 안테나이고, 도 7b는 도 7a의 급전 구조에서 S자 형상의 스트립 구조로 변경한 안테나이며, 도 7c는 도 7b의 패치부를 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 부채꼴 패치부로 변경한 안테나이다. 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 팔각형 구조의 접지부를 포함하는 안테나이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7a 내지 도 7d에 도시된 4개의 안테나 종류를 비교 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.보다 구체적으로, 도 8a는 반사 계수 시뮬레이션 비교 시뮬레이션 결과이고, 도 8b는 축비 시뮬레이션 비교 시뮬레이션 결과이다.
안테나로 동작 가능하기 위해서는 반사계수가 -10 dB 이하인 것이 바람직하며, -10 dB 를 초과하면 안테나의 성능이 떨어지는 것이 일반적이다. 안테나는 반사계수가 -10 dB 이하에 해당되는 주파수 대역에서 축비가 3 dB 이하이면 원형편파 특성을 나타내는 것으로 볼 수 있다.
도 8a 및 도 8b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원형편파 안테나의 특성 및 대역폭이 향상된 것을 설명한다.
도8b를 참조하면, 전 주파수 대역에서 안테나 A(도 7a)의 축비는 35 dB 이상으로 선형편파만 형성하는 것을 알 수 있다. 반면 안테나 B(도 7b)는 2.60-3.35 GHz에서 -3 dB이하의 축비 특성이 나타나므로, 이를 통해 S자 형상의 스트립 선로 구조를 적용함으로써 원형편파가 형성되었음을 알 수 있다.
그리고 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 원형 패치 대신 복수의 부채꼴 패치를 적용한 안테나 C(도 7c)의 경우, 안테나 B(도 7b)보다 반사 계수 및 축비 대역폭이 모두 증가시켰다.
특히,안테나 C(도 7c)의 3 dB 축비 대역폭은 안테나 B(도 7b)보다 약 2.5 배 증가하였다. 그리고, 도 7d 안테나의 결과(도 8a 및 도 8b의 실선)는 3.0GHz에서 반사 계수를 가장 많이 향상시켰으며, 전반적인 축비 값도 감소시킨 결과를 나타내어 원형편파 특성이 향상됨을 알 수 있다.
도 9는 도 7a에 도시된 안테나(A)와 도 7b에 도시된 안테나(B)에 따른 전계분포 시뮬레이션 결과를 나타내는 비교한 도면이다.
보다 구체적으로는, 안테나 A에대하여 3 GHz에서, 시간 t에 따른 전계분포 시뮬레이션 결과는 도 9(a)이고, 안테나 B에 대하여 3 GHz에서, 시간 t에 따른 전계분포 시뮬레이션 결과는 도 9(b)이다. 도9(a)에서 안테나 A는 시간 t가 변하여도 전계 벡터 E의 방향이 변하지 않지만, 도9(b)에서 안테나 B는 시간 t가 0에서 T/4로 변하면 전계 벡터 E의 방향이 반시계방향으로 변하였다. 이러한 결과는 마이크로스트립 급전구조를 S자 형상의 스트립 구조로 변경함으로써 안테나가 좌편파를 형성하는 특성을 가지게 됨을 의미한다.
도 10은 접지부의 폭(g w ) 변화에 따른 안테나 시뮬레이션 결과를 나타내는 것으로, (a)는 반사 계수, (b)는 축비를 나타낸다.
도 10(a)를 참조하면, 접지부의 크기인 폭(g w )의 변화에 따라 반사계수 변화는 미비하지만, 도 10(b)를 참조하면, 축비 특성에는 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. gw=51 mm 이면 1.9 GHz 대역에서 축비가 3 dB이상이 되지만, gw=57 mm 되면 2.5 GHz 대역에서의 축비가 3 dB이상으로 증가되었다. 이를 통해 그 중간 값인 gw=54 mm 정도가 가장 좋은 축비 특성을 가지는 최적의 파라미터 값임을 확인하였다.
도 11은 접지부 슬롯의 반지름 변화에 따른 안테나 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로 접지부의 원형 슬롯의 반지름인 R의 변화에 따른 안테나의 반사 계수 시뮬레이션 결과는 도 11 (a)에서 나타내고, 축비 시뮬레이션 결과는 도 11 (b)에 나타낸다. R의 변화는 축비 특성 변화에 그 영향이 미비하지만, R이 증가할수록 반사계수 특성은 향상됨을 알 수 있다.
하지만, R=22.03 mm 이상이 되면 오히려 저주파 대역에서의 임피던스 매칭이 악화되어 반사계수가 증가하므로 R=21.53 mm이 가장 바람직하다.
도 12는 실제 제작한 안테나의 앞면(a) 및 뒷면(b)을 나타내는 것으로, 실제 제작된 안테나의 사이즈는 54 mm × 54 mm × 0.8 mm 이나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 반사계수 시뮬레이션 및 실제 측정 결과를 나타낸다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 -10 dB 반사계수 대역폭은 시뮬레이션 결과에서는 81.06% (1.68-3.97 GHz), 측정 결과에서는 82.86% (1.64-3.96 GHz)이고 두 결과는 서로 잘 일치함을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 축비 시뮬레이션 및 실제 측정 결과를 나타내는 것으로, 브로드사이드 방향(θ=0°)에서의 안테나 축비 결과이다.
3 dB 축비 대역폭은 시뮬레이션및 실제 측정된 결과에서 각각 72.76% (1.74-3.73 GHz), 70.55% (1.89-3.95 GHz)으로 나타났다. 그리고, 이러한 3 dB 축비 대역폭의 두 결과 모두 -10 dB 반사계수 대역폭 내에 포함되어있음을 확인 할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 좌회전 원형편파 이득 시뮬레이션, 이득 측정 및 효율 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
측정된 3 dB 축비 대역폭 1.89-3.95 GHz 내에서의 좌편파 이득은 0.46-3.81 dBic로 분포하였고(Gain-measurement), 시뮬레이션 결과(Gain-simulation)와 상당히 일치하였다. 또한 안테나의 효율(Efficiency-simulation)은 동작 대역폭내에서 80-93%로 분포함을 확인할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 2D 방사패턴 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸다. 보다 구체적으로는, 도 16 (a)는 2.1 GHz, 도 16 (b)는 3.5 GHz에서 xz-평면, yz-평면에서의 복사패턴을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 복사패턴은 +z 및 -z축 양방향으로의 지향성을 보이며 각각 좌편파(LHCP, Left Handed Circular Polarization) 및 우편파(RHCP, Right Handed Circular Polarization)를 형성하는 것을 알 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 축비 패턴 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸다. 보다 구체적으로는, 도 17 (a)는 2.1 GHz, 도 17 (b)는 3.5 GHz에서 각도(θ)에 따른 축비 패턴 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타낸다.
3 dB 축비 빔폭은 2.1 GHz일 때보다 3.5 GHz일 때 더 좁은데 이것은 주파수가 증가함에 따라 교차편파(cross-polarization)의 레벨이 증가하기 때문이다. 여기서 또한 시뮬레이션 결과와 측정된 결과는 서로 잘 일치하였다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 패치부
20 :접지부
30 : 유전체 기판
40 : 스트립 선로
50 : 마이크로스트립 급전 선로
60 : SMA 커넥터

Claims (12)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 일면에 배치되고 슬롯을 형성하는 팔각형 구조의 접지부;
    상기 유전체 기판의 일면에 배치되며, 상기 접지부의 슬롯 내부에 서로 다른 반지름을 갖는 복수개의 부채꼴 패치가 결합되어 형성된 패치부;
    상기 유전체 기판의 타면에 배치되며 안테나 동작을 구현하기 위한 기능을 수행하기 위한 S자 형상의 스트립 선로; 및
    상기 유전체 기판의 타면에 배치되고, 상기 스트립 선로의 일측에 형성된 급전선으로서 기능을 수행하기 위한 마이크로스트립 급전 선로를 포함하는 광대역 원형편파 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패치부를 형성하는 복수개의 부채꼴 패치 각각의 각도는 30°인 것을 특징으로 하는 광대역 원형편파 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 패치부를 형성하는 복수개의 부채꼴 패치 각각의 각도는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 광대역 원형편파 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패치부의 외면과상기 접지부의 내면은이격 형성된 것을 특징으로 하는 광대역 원형편파 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지부의 슬롯은 원형인 것을 특징으로 하는 광대역 원형편파 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지부의 모서리는 상기 유전체 기판의 일면이 오픈되는 오픈부를 더 포함하는 광대역 원형편파 안테나.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 패치부를 구성하는 각각의 부채꼴 패치의 반지름은 유전 알고리즘을 통해 결정되는 광대역 원형편파 안테나.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지부의 폭은 54mm인 것을 특징으로 하는 광대역 원형편파 안테나.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 접지부의 슬롯의 반지름은 21.53mm인 것을 특징으로 하는 광대역 원형편파 안테나.
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