KR102050347B1 - Uhf wideband antenna with a metamaterial open ended stub-shaped compact notch filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 방사체가 와인잔 형태로 형성되고, 상기 방사체 양 측면에서 일정 거리 이격된 위치에 제1 기생소자를 포함하며, 상기 방사체의 상부면 또는 하부면에서 일정 거리 이격된 위치에 제2 기생소자를 포함하는 안테나에 관한 것이다. 그리고, 급전부에 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터가 더 포함된 안테나에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 700 MHz ~ 1.3 GHz 의 광대역폭을 가지고, 안테나 성능 저하를 최소화 하면서 잡음을 제거할 수 있다는 효과가 있다.The present invention relates to a UHF wideband antenna coupled to a small band stop filter of a metamaterial open-ended stub structure, and more particularly, a radiator is formed in the shape of a wine glass, and at a position spaced a predetermined distance from both sides of the radiator. It relates to an antenna including a first parasitic element, and a second parasitic element at a position spaced a predetermined distance from the upper surface or the lower surface of the radiator. The present invention also relates to an antenna further including a small band reject filter having a metamaterial open-ended stub structure in a feeding part.
According to at least one of the embodiments of the present invention, having a wide bandwidth of 700 MHz to 1.3 GHz, there is an effect that noise can be removed while minimizing antenna performance degradation.
Description
본 발명은 UHF 광대역 소형 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 방사체의 양 측면 및 방사체의 뒷면에 기생소자를 형성하여 대역폭을 확장하고, 스터브(STUB)처럼 부착 가능한 초소형 메타재질 대역저지스터브 구조의 대역 저지 필터를 통해서 특정주파수 영역을 차단할 수 있는 UHF 광대역 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a UHF broadband small antenna, and more particularly, to form a parasitic element on both sides of the radiator and the back of the radiator to expand the bandwidth, and of the ultra-small meta-material band stop stub structure that can be attached like a stub (STUB) The present invention relates to a UHF wideband antenna capable of blocking a specific frequency region through a band stop filter.
안테나는 무선 통신 시스템의 핵심 구성 요소이다소자다. 광대역 안테나는 상이한 주파수 범위를 사용하는 다양한 모바일 애플리케이션에 사용된다. UHF 잘 알려진 광대역 안테나는 3.2 GHz 와 10.8 GHz사이에서 동작하는 초광대역(UWB) 변형 모노폴(MONOPOLE) 안테나이다.광대역 변조 모노폴 안테나는 광대역인 3.2GHz 내지 10.8GHz 범위를 가진다. 이는 레이더, Z-파 통신 등의 다양한 응용 분야에서 사용된다. An antenna is a key component of a wireless communication system. Wideband antennas are used in a variety of mobile applications using different frequency ranges. UHF Well-known wideband antennas are ultra wideband (UWB) modified monopole antennas operating between 3.2 GHz and 10.8 GHz. Wideband modulated monopole antennas range from 3.2 GHz to 10.8 GHz in broadband. It is used in various applications such as radar and Z-wave communication.
광대역 안테나의 결점으로써, 많은 무선 응용 프로그램의 사용으로 인해 원치 않는 대역의 영향으로 작동중인 무선 시스템의 품질이 저하 될 수 있다. 따라서, 시스템을 위하여 원하지 않는 대역의 간섭은 노치 필터(대역저지 필터)의 사용으로 피할 수 있는데, 무선 시스템에서 원치 않는 주파수를 차단하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 방사 요소소자 인 2 차원 (2D) 또는 3 차원 모노폴(monopole)에 U-슬릿 또는 이중 Y-슬릿을 만들어 선호하는 방법, 급전부와 방사체에 평행하게 접힌 스텝 임피던스 공진기(stepped impedance resonator:SIR)-금속선을 사용하는 방법 등이 있다.As a drawback of broadband antennas, the use of many wireless applications can degrade the quality of a wireless system in operation due to unwanted band effects. Thus, unwanted band interference for the system can be avoided by the use of notch filters (bandstop filters), but various methods can be used to block unwanted frequencies in a wireless system. For example, a preferred method is to make U-slits or double Y-slits in two-dimensional (2D) or three-dimensional monopoles, radiating element elements, stepped impedance resonators folded parallel to the feed and radiator : SIR) -Metal wire is used.
본 발명의 목적은 UWB 대역인 3.2 GHz ~ 10.8 GHz 보다 훨씬 낮은 대역인700 MHz ~ 1.3 GHz 의 UHF대역에서 사용 가능하게 하기 위해서, 와인잔 모양의 구조를 가지고, 방사체의 양 측면 가장자리 및 상부 또는 하부에 소정 거리 이격되어 형성된 기생소자를 가지는 UHF 광대역 안테나를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to have a wineglass-like structure for use in the UHF band of 700 MHz to 1.3 GHz, which is much lower than the UWB band of 3.2 GHz to 10.8 GHz, and has both side edges and top or bottom of the radiator. To provide a UHF broadband antenna having a parasitic element formed at a predetermined distance apart from the.
본 발명의 또 다른 목적은 안테나의 잡음을 제거하기 위하여, 방사체를 변형시키거나 1/4 파장의 스터브 구조를 급전부에 부착가하지 않고, 메타물질 개방 종단형 스터브 구조를 가지는 초소형 대역 저지 필터를 부착함으로써, 안테나 동작을 저하시키지 않고 잡음을 제거하는 UHF 광대역 안테나를 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to attach a miniature band stop filter having a metamaterial open terminated stub structure without modifying the radiator or attaching a quarter wave stub structure to the feeder to remove noise of the antenna. The present invention provides a UHF wideband antenna that removes noise without degrading antenna operation.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 일 말단에서 타 말단으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는(tapered) 구조를 가진 방사체; 및 상기 방사체의 일 말단아래에 연결된 급전부;를 포함하고, 상기 방사체의 모양은 와인잔 형태인 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나를 제공한다.According to an aspect of the present invention to achieve the above or another object, a radiator having a structure that is gradually tapered from one end to the other end; And a feeder connected below one end of the radiator, wherein the shape of the radiator is a wine glass, and provides a UHF broadband antenna coupled with a small band stop filter of a metamaterial open-ended stub structure. .
여기서, 상기 방사체의 양 측면에 상기 방사체의 가장자리와 소정 거리 이격 되어 낮은 주파수에서 필요하지만 박막기판에 의한 부족한 커패시턴스를 보강해주는 결합역할 목적으로 형성되어있는 제1 기생소자를 더 포함할 수 있다.Here, the parasitic elements may further include first parasitic elements formed on both sides of the radiator to be coupled to reinforce the insufficient capacitance due to the thin film substrate, which is necessary at a low frequency and is spaced apart from the edge of the radiator.
그리고, 상기 방사체의 상부면 또는 하부면에 소정 거리 이격 되어 상기 방사체와 대응되는 위치에 형성되어 있는 낮은 주파수에서 필요하지만 박막기판에 의한 부족한 커패시턴스를 보강해주는 결합역할 목적으로 형성되어 있는 제2 기생소자를 더 포함하고, 상기 제2 기생소자는 상기 방사체의 양 측면 가장자리에 대응되는 위치에 균일한 폭으로 형성될 수 있다.And a second parasitic element formed at a low frequency formed at a position corresponding to the radiator spaced apart from a top surface or a bottom surface of the radiator to reinforce insufficient capacitance by a thin film substrate. The second parasitic element may further include a uniform width at positions corresponding to both side edges of the radiator.
또한, 상기 급전부에 스터브 구조를 가지는 대역 저지 필터를 더 포함할 수 있다.In addition, the power supply may further include a band reject filter having a stub structure.
본 발명에 따른 UHF 광대역 안테나의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the effect of the UHF broadband antenna according to the present invention.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 700 MHz ~ 1.3 GHz 의 광대역폭을 가진다는 효과가 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, there is an effect that has a wide bandwidth of 700 MHz to 1.3 GHz.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 안테나 성능 저하를 최소화 하면서 잡음을 제거할 수 있다는 효과가 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, there is an effect that noise can be removed while minimizing antenna performance degradation.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로서, 실물로 제작된 상기 안테나의 상기 방사체와 낮은 주파수에서 필요하지만 박막기판에 의한 부족한 커패시턴스를 보강해주는 결합역할 목적 하의 상기 제1 기생소자 및 상기 제2 기생소자가 형성되어있는 안테나를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1 내지 도 3에서 도시된 상기 방사체 구조의 구체적인 모양을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 안테나의 각 실시 예들의 반사 손실 및 대역폭을 시뮬레이트모의시험한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 도 4의 안테나의 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 종래 방법인 1/4 파장 개방 종단형 스터브(stub) 구조를 가진 대역 저지 필터와 결합된 안테나 및 상기 안테나의 특성을 도시한 그래프이다(case 1).
도 9는 종래 방법인 900MHz에서 노치 생성을 위하여 방사체에 슬롯이 형성된 안테나 및 그 특성을 도시한 그래프이다(case 2).
도 10은 제안 된 CRLH 위상 시프터천이기를 도시한 도면과, 대역 저지 필터 및 CRLH 의 특성들의 개략도를 도시한 그래프이다.
도 11은 풀 웨이브 시뮬레이터에서 CRLH 노치 필터 회로의 물리적 구현을 도시한 도면이다.
도 12는 실제 제작된 case3의 안테나와 반사손실을 도시한 도면이다.
도 13은 도 12 (a)에서 도시된 안테나의 원거리 패턴 특성을 도시한 그래프이다.
도 14는 case 1 내지 case 3의 경우에 가용 대역폭을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 15는 필터를 포함하지 않은 도3의 안테나 및 필터를 포함한 case 1 내지 case 3의 경우에서 주파수 대역 별 이득을 시뮬레이트모의시험한 값을 비교하여 도시한 그래프이다.1 is a diagram illustrating a UHF wideband antenna combined with a small band reject filter of a metamaterial open-ended stub structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing another embodiment of the present invention.
3 is a view showing another embodiment of the present invention.
4 is an embodiment of the present invention, the first parasitic element and the second parasitic element for the purpose of the coupling role to reinforce the insufficient capacitance caused by the thin film substrate with the radiator of the antenna made in real life Is a diagram illustrating an antenna on which is formed.
5 is a view showing a specific shape of the radiator structure shown in FIGS.
FIG. 6 is a graph illustrating simulation results of the return loss and the bandwidth of each embodiment of the antenna according to the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating characteristics of the antenna of FIG. 4.
FIG. 8 is a graph illustrating an antenna coupled to a band rejection filter having a conventional quarter-wavelength open-ended stub structure and characteristics of the antenna (case 1).
FIG. 9 is a graph illustrating an antenna having a slot formed in a radiator and a characteristic thereof for generating a notch at 900 MHz according to a conventional method (case 2).
FIG. 10 is a diagram illustrating a proposed CRLH phase shifter and a schematic diagram of characteristics of a band reject filter and CRLH.
11 illustrates a physical implementation of a CRLH notch filter circuit in a full wave simulator.
FIG. 12 is a diagram illustrating an antenna and return loss of an actual manufactured case3.
FIG. 13 is a graph illustrating a far-field pattern characteristic of the antenna shown in FIG. 12 (a).
FIG. 14 is a graph illustrating available bandwidths in
FIG. 15 is a graph illustrating comparison of simulated simulated gains for frequency bands in
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "part" for components used in the following description is given or mixed in consideration of ease of specification, and does not have meanings or roles that are distinguished from each other. In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
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.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 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.In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
도 1은 본 발명에 의한 일 실시 예에 의한 UHF 광대역 안테나를 도시한다. 1 illustrates a UHF broadband antenna according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 일 실시 예에 의하면,According to an embodiment of the present invention,
일 말단에서 타 말단으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는(tapered) 구조를 가진 방사체(100)와 상기 방사체(100)의 일 말단에 연결된 급전부(150)를 포함하고, 상기 방사체(100)의 모양은 와인잔 형태인 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나를 개시한다.It includes a
도 1의 (a)는 급전부(150)와 연결된 일 말단에서 타 말단으로 갈수록 폭이 점차 넓어지는(tapered) 구조를 가진 방사체(100)와 상기 방사체(100)의 일 말단에 연결된 급전부(150)를 도시하고, 상기 방사체(100)는 와인잔 형태의 폴리곤 구조일 수 있다.1A illustrates a
도 1의 (b)는 상기 방사체(100) 및 급전부(150)가 형성되어있는 상부면 또는 하부면과 소정 거리 이격 되어 상기 급전부(150)에 대응되는 위치에 형성되어있는 부분 접지(160)를 도시한다.FIG. 1B illustrates a
보다 상세하게, 상기 방사체(100)는 급전부(150)와 연결된 일 말단에서 타 말단으로 갈수록 상기 방사체(100)의 폭이 점차 넓어지는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는데, 상기 방사체(100)의 폭이 넓어지는 정도가 커졌다가 다시 작아지는 구조를 가질 수 있다. 다시 말하면, 상기 급전부(150)와 연결되어 형성되는 상기 방사체(100)는 와인잔 구조와 유사한 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 구조는 입력부에서 갑작스런 임피던스 변화의 영향을 최소화하는 효과를 가지고, 방사체의 대역폭이 넓어지도록 하여 안테나의 특성을 향상시키는 효과를 가진다. In more detail, the
도 5는 도 1 내지 도 3에서 도시된 상기 방사체(100) 구조의 구체적인 모양을 도시한다.5 illustrates a specific shape of the structure of the
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 방사체(100)는 좌우 대칭구조를 가지며, 상기 급전부(150)와 연결되어 좌우 대칭축과 제1 경사각 (θ1)을 이루며 형성되는 제1 가장자리(110); 제1 가장자리(110)와 연결되어 좌우 대칭축과 제2 경사각(θ2)을 이루며 형성되는 제2 가장자리(120); 제2 가장자리(120)와 연결되어 좌우 대칭축과 제3 경사각(θ3)을 이루며 형성되는 제3 가장자리(130); 및 제3 가장자리(130)와 연결되어 좌우 대칭축과 나란하게 형성되는 제4 가장자리(140);를 포함하며, 제2 경사각(θ2)이 제1 경사각(θ1) 및 제3 경사각(θ3)보다 큰 값을 가진다.As shown in FIG. 5, the
상기 방사체(100)의 구조에 관하여 구조를 수치화하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 방사체(100)는 도 5에 나타난 바와 같이, 좌우 대칭구조를 가지고 있으며, 좌우 대칭 축을 기준으로, 제1 가장자리(110)가 이루는 제1 경사각(θ1)은 38도 내지 48도일 수 있으며, 제2 가장자리(120)가 이루는 제2 경사각(θ2)은 58.5 도 내지 68.5도일 수 있으며, 제3 가장자리(130)가 이루는 제3 경사각(θ3)은 23.5도 내지 33.5도일 수 있다. Referring to the structure of the
그리고, 도 1 (a)에 나타난 바와 같이, 상기 방사체(100)의 제1 가장자리(110)의 길이(Lt1)는 19mm 내지 21mm일 수 있고, 제2 가장자리(120)의 길이(Lt2)는 21mm 내지 23mm 일 수 있으며, 제3 가장자리(130)의 길이(Lt3)는 14mm 내지 16mm 일 수 있고, 제4 가장자리(140)의 길이(Lt4)는 21mm 내지 23mm일 수 있다.As shown in FIG. 1A, the length L t1 of the
상기와 같은 와인잔 형태의 폴리곤 구조를 가진 방사체(100) 구조로 인하여, 상기 안테나는 대역폭이 700MHz 대역대까지 커버할 수 있는 광대역폭 특성을 가지게 되는 효과가 있다. Due to the structure of the
도 2는 본 발명에 의한 다른 실시 예를 도시한다. 2 shows another embodiment according to the present invention.
본 발명에 의하면, 상기 안테나는 상기 방사체(100)의 양 측면에 상기 방사체(100)의 가장자리와 소정 거리 이격 되어 형성되어있는 제1 기생소자(200a, 200b)를 더 포함한다.According to the present invention, the antenna further includes first
도 2 (a)는 상기 방사체(100)와 상기 방사체(100)의 일 말단에 연결된 급전부(150) 및 상기 방사체(100)의 양 측면에 상기 방사체(100)의 가장자리와 소정 거리 이격 되어 형성되어있는 제1 기생소자(200a, 200b)를 도시한다. 2 (a) is formed at a predetermined distance from the edge of the
도 2 (b)는 도 1 (a)와 동일한 구조를 가진다.FIG. 2B has the same structure as that of FIG. 1A.
보다 상세하게 설명하면, 도 2 (a) 에서 상기 방사체(100)의 양 측면에 상기 방사체(100)의 가장자리와 소정 거리 이격 되어 상기 제1 기생소자(200a, 200b)가 형성될 수 있는데, 이러한 상기 제1 기생소자(200a, 200b)의 구조에 의하여 상기 제1 기생소자(200a, 200b)는 상기 방사체(100)에 용량성 소자 역할을 수행할 수 있다. 통상적인 유전체 기판에서는 유전체 기판의 박막구조를 가지기 때문에 이로부터 얻을가져올 수 있는 커패시턴스가 제한적인데, 상기와 같은 구조를 가진 제1 기생소자(200a, 200b)에 의하여 추가적인 커패시턴스를 얻을 수 있고 부족한 커패시턴스를 보강해 줄 수 있고, 이로 인하여 안테나의 대역을 넓힐 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In more detail, the first
또한, 상기 방사체(100)의 가장자리와 상기 제1 기생소자(200a, 200b) 사이의 간격은 4mm 내지 6mm, 바람직하게는 5mm 일 수 있다. In addition, an interval between the edge of the
그리고, 상기 제1 기생소자(200a, 200b)의 폭은 3mm 로 형성될 수 있다.The first
이 수치는 상기 방사체(100)와 최적의 커패시턴스를 나타낼 수 있는 수치로, 실험적으로 얻게 된 수치 범위이다.This value is a value that can represent the optimal capacitance with the
도 3은 본 발명에 의한 또 다른 일 실시 예를 도시한다.Figure 3 shows another embodiment according to the present invention.
도 3 에 나타난 바와 같이, 상기 방사체(100)의 상부면 또는 하부면과 소정 거리 이격 되어 상기 방사체(100)와 대응되는 위치에 형성되어 있는 제2 기생소자(300a, 300b)를 더 포함하고, 상기 제2 기생소자(300a, 300b)는 상기 방사체(100)의 양 측면 가장자리에 대응되는 위치에 균일한 폭으로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 3, further comprising second
상기 제 2기생소자는 방사체(100)와 일정한 간격을 두고 이격 되어 형성되어 있으면서 상기 방사체(100)와 상호작용하여 커패시턴스를 형성하는 역할을 한다. 상기 방사체(100)에서 전자기파는 대부분 방사체(100)의 양 측면 가장자리를 따라 형성되기 때문에, 상기 방사체(100)의 가운데 부분과 대응되는 위치는 실질적으로 커패시턴스 기능에 크게 기여하지 않는다. 따라서, 상기 제2 기생소자(300a, 300b)는 상기 방사체(100)의 양 측면 가장자리에 대응되는 위치에 2개로 분리되어 형성될 수 있다.The second parasitic element is formed to be spaced apart from the
상기 제2 기생소자(300a, 300b)는 상기 방사체(100)와 상호작용하여 커피시턴스를 형성하게 된다. 이는 상기 제1 기생소자(200a, 200b)와 독립적으로 형성되는 또 다른 커패시턴스이다. The second
그리고, 상기 제2 기생소자(300a, 300b)는 상기 방사체(100)와 상호작용하여 충분한 커패시턴스를 가지기 위해서, 폭이 1mm 내지 3mm 이고, 바람직하게는 2mm가 되도록 형성될 수 있다.In addition, the second
소형 안테나는 그 구조에 의하여 대역폭이 변화될 수 있고, 광대역 안테나의 경우에 그 구조의 변형으로 1GHz 이상의 영역에서는 그 대역폭을 확장시키는 것은 쉬우나, 1GHz 미만의 영역에서는 안테나의 대역폭을 확장시키는 것이 어려운 문제이고, 1GHz 미만의 영역에서 안테나의 대역폭을 확장시키는 것이 광대역 안테나 설계에서 주된 관심사이며, 안테나의 성능과 직결되는 문제이다.The bandwidth of the small antenna can be changed by the structure, and in the case of the broadband antenna, it is easy to expand the bandwidth in the region above 1 GHz due to the modification of the structure, but it is difficult to extend the bandwidth of the antenna in the region below 1 GHz. In addition, extending the bandwidth of the antenna in the region below 1 GHz is a major concern in the design of a wide band antenna, and is a problem directly related to the performance of the antenna.
본 발명은 상기와 같이, 상기 방사체(100)를 와인잔 모양의 폴리곤(polygon) 구조로 설계하고, 상기 제1 기생소자(200a, 200b) 및 상기 제2 기생소자(300a, 300b)를 형성하여, 종래 단순한 역삼각형 모양을 가지는 방사체와 비교하여 1GHz 미만 영역에서도 700MHz 영역대까지 넓은 대역폭을 가지는 안테나를 설계할 수 있는 효과를 가진다. 그리고, 상기 제1 및 제2 기생소자(200a, 200b, 300a, 300b)에 의한 대역폭 이득의 효과는 아래에서 도 6 내지 도 9의 실험 데이터와 함께 설명하도록 한다.As described above, the
도 4는 본 발명의 일 실시 예로서, 실물로 제작된 상기 안테나의 상기 방사체(100)와 상기 제1 기생소자(200a, 200b) 및 상기 제2 기생소자(300a, 300b)가 형성되어있는 안테나를 도시한다.4 illustrates an antenna in which the
도 4에 도시된 안테나는 도 3에 도시된 안테나에서 Lf = 85 ㎜ 의 길이 및 Wf = 3 ㎜ 의 너비를 가지는 급전부(150)에, 제1 경사각(θ1)은 42도, 제2 경사각(θ2)은 63.4도 및 제3 경사각(θ3)은 18.5도 이고, 제1 가장자리(110)의 길이는 20.18mm, 제2 가장자리(120)의 길이는 22.36mm, 제3 가장자리(130)의 길이는 15.18mm 및 제4 가장자리(140)의 길이는 10mm이며, 일 말단의 폭은 3mm이고, 타 말단의 폭은 80mm인 방사체(100)가 연결되어있다. 그리고, 상기 방사체(100)의 양 측면 가장자리에 5mm 의 간격을 두고 이격 되어 3mm의 폭을 가지도록 제1 기생소자(200a, 200b)가 형성되어있다. 상기 방사체(100) 및 상기 제1 기생소자(200a, 200b)는 비유전율이 4.3 이고, 비투자율이 1 이며, 너비(Ws)가 100mm, 길이(Ls)가 150mm 이고, 두께(Hs)가 1.2mm인 FR4 기판의 일 면에 형성되어 있다. 상기 안테나의 전체 크기는 150mm (Ls) × 100mm (Ws) × 1.2mm (Hs)로 UHF 범위의 광대역 안테나 중에서는 상대적으로 작은 크기를 가진다. 상기 기판의 타 면에는 상기 기판의 일 면에 형성된 상기 급전부(150)와 대응되는 위치에 Lg = 85 mm 및 Wg = 100 mm의 크기를 가지는 부분 접지(160)가 형성되어 있고, 상기 기판의 일 면에 형성되어있는 상기 방사체(100)의 양 측면 가장자리와 대응되는 위치에 Wp2 = 2 mm의 폭을 가지는 제2 기생소자(300a, 300b)가 형성되어있다. 상기 제2 기생소자(300a, 300b)는 상기 방사체(100)의 측면 가장자리의 모양과 동일한 모양으로서, 상기 방사체(100)의 제1 경사각(θ1) 내지 제3경사각 및 제1 가장자리(110) 내지 제4 가장자리(140)의 길이와 동일한 각도 및 길이를 가지고, 상기 부분 접지(160)와 이격되어 형성되어 있으며, 상기 제2 기생소자(300a, 300b)는 좌, 우측 소자로 각각 분리되어 형성되어 있다. The antenna shown in FIG. 4 is a
도 6은 본 발명에 의한 안테나의 각 실시 예들의 반사 손실 및 대역폭을 시뮬레이트모의시험한 결과를 도시한다.FIG. 6 shows simulation results of simulated return loss and bandwidth of each embodiment of the antenna according to the present invention.
도 6 (a)는 본 발명의 일 실시 예인 도1에 도시된 안테나의 반사 손실 및 대역폭을 시뮬레이트모의시험한 결과이다.FIG. 6 (a) is a simulation test result of the return loss and the bandwidth of the antenna shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
도 6 (b)는 본 발명의 일 실시 예인 도2에 도시된 안테나의 반사손실 및 대역폭을 시뮬레이트모의시험한 결과이다.FIG. 6 (b) is a simulation test result of the return loss and the bandwidth of the antenna shown in FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
도 6 (c)는 본 발명의 일 실시 예인 도 1, 도 2 및 도3에 도시된 안테나의 반사 손실 및 대역폭을 시뮬레이트모의시험한 결과이다.FIG. 6 (c) shows simulation results of simulated reflection loss and bandwidth of the antenna shown in FIGS. 1, 2, and 3 according to one embodiment of the present invention.
도 6 (a)에 도시된 바에 의하면, 와인잔 형태의 폴리곤 구조를 가지는 방사체(100)에 의하여 안테나의 대역폭은 약 0.67GHz 내지 1.08GHz 영역으로, 1GHz 미만의 영역에서 아주 넓은 대역폭을 가지는 특성을 보인다.As shown in FIG. 6 (a), the
도 6 (b)에 도시된 바에 의하면, 상기 방사체(100)에 상기 제1 기생소자(200a, 200b)를 추가하여 형성함으로써, 안테나의 대역폭은 약 0.7GHz 내지 1.34GHz 영역으로, 도 6 (a)에 도시된 대역폭 보다 더 넓어졌다.As shown in FIG. 6 (b), by adding the first
도 6 (c)에 도시된 바에 의하면, 상기 방사체(100)에 상기 제1 기생소자(200a, 200b) 및 상기 제2 기생소자(300a, 300b)를 추가하여 형성함으로써, 안테나의 대역폭이 0.67GHz 내지 1.35GHz 영역으로 더 확대된다. 상기 결과는, 상기 방사형 안테나에 제1 기생소자(200a, 200b) 및 제2 기생소자(300a, 300b)를 더 형성함으로써 안테나의 대역폭이 약 250MHz 이상 향상될 수 있음을 보여준다.As shown in FIG. 6 (c), the first
도 7은 도 4의 안테나의 특성을 도시한다.7 illustrates the characteristics of the antenna of FIG. 4.
도 7 (a)는 도 4의 안테나의 시뮬레이트모의시험된 반사 손실 및 대역폭과 실제 제작되어 측정된 반사 손실 및 대역폭 특성을 도시한다.FIG. 7 (a) shows the simulated simulated return loss and bandwidth of the antenna of FIG. 4 and the actual measured and measured return loss and bandwidth characteristics.
도 7 (b)는 xy-평면(또는 수평 평면)에서 각 주파수 별로(780MHz, 932MHz 및 1.12GHz) 측정된 안테나의 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다.FIG. 7B shows a far-field pattern of an antenna measured at each frequency (780 MHz, 932 MHz, and 1.12 GHz) in the xy-plane (or horizontal plane).
도 7 (c)는 yz-평면(또는 수직 평면)에서 각 주파수 별로(780MHz, 932MHz 및 1.12GHz)측정된 안테나의 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다.FIG. 7C shows the far-field pattern of the antenna measured at each frequency (780 MHz, 932 MHz, and 1.12 GHz) in the yz-plane (or vertical plane).
도 7 (d)는 수직 평면에서 도 7 (a)에서 마크된 주파수 포인트(M1, S1)에서의 시뮬레이트모의시험된 빔-패턴(beam-pattern)과 측정된 빔-패턴(beam-pattern)을 비교하여 도시한다.FIG. 7 (d) shows simulated beam-pattern and measured beam-pattern simulated at frequency points M 1 , S 1 marked in FIG. 7 (a) in the vertical plane. ) Is shown in comparison.
도 7은 상기 도 4에서 도시된 실제로 제작된 안테나를 Agilent의 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 실험적으로 측정하여 도시한 것이다. 도 7 (a)는 약 0.7GHz 내지 1.3GHz 범위에서 -10dB의 양호한 결과를 보이는 시뮬레이트모의시험된 반사 손실과 측정된 반사 손실을 도시한다. 제안된 안테나의 원거리 패턴(far-field pattern)은 무반향 공간 환경(anechoic chamber environment)에서 측정된다. 도 7 (b) 내지 (d)는 700MHz 내지 1.3GHz 범위의 다양한 주파수에서 상기 도 4에 도시된 안테나의 시뮬레이트모의시험된 원거리 패턴 및 측정된 원거리 패턴 간의 비교를 도시한다. 샘플 주파수에 대한 수평면에서의 빔 패턴은 상이한 이득에도 불구하고 거의 동일하다. 또한, 수직 평면 플롯에서, 도 4c는 샘플 주파수에서 유사한 원거리 패턴을 갖는다. 도 7 (a) 의 마커 주파수로서, S1과 M1에서 도 7 (d) 에 도시 된 바와 같이, 시뮬레이트모의시험된 원거리 패턴과 측정된 원거리 패턴은 높은 연관성을 갖는다.FIG. 7 shows an experimental measurement of the actually manufactured antenna shown in FIG. 4 using an Agilent vector network analyzer. FIG. 7 (a) shows simulated simulated and measured loss losses, showing good results of -10 dB in the range of about 0.7 GHz to 1.3 GHz. The far-field pattern of the proposed antenna is measured in an anechoic chamber environment. 7 (b)-(d) show a comparison between simulated simulated far patterns and measured far patterns of the antenna shown in FIG. 4 at various frequencies ranging from 700 MHz to 1.3 GHz. The beam pattern in the horizontal plane with respect to the sample frequency is almost the same despite the different gains. Also, in the vertical plane plot, FIG. 4C has a similar far-field pattern at the sample frequency. As the marker frequency of FIG. 7 (a), as shown in FIG. 7 (d) in S 1 and M 1 , the simulated simulated far-field pattern and the measured far-field pattern have a high correlation.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 의하면, According to another embodiment of the present invention,
상기 급전부(150)에 스터브 구조를 가지는 대역 저지 필터를 더 포함할 수 있다.The
안테나 동작 대역에서 통신 간섭을 방지하기 위해서는 특정 주파수대역을 차단하기 위한 대역 저지 필터(notch filter )가 설계되어야 한다In order to prevent communication interference in the antenna operating band, a band notch filter should be designed to block a specific frequency band.
종래에는 대역 저지 필터를 설계하기 위하여, 대표적으로 도 8에 도시된 바와 같이 1/4 파장 종단형 스터브를 이용하거나, 도 9에 도시된 바와 같이 방사체에 슬롯을 형성하는 방법을 이용하였다. 그러나, 상기 두 방법은 안테나의 전반적인 동작 대역 이득을 불안정하게 하거나, 동작 대역폭을 줄여 버린다.Conventionally, in order to design a band stop filter, a quarter wave terminated stub is typically used as shown in FIG. 8, or a slot is formed in the radiator as shown in FIG. 9. However, both methods destabilize the overall operating band gain of the antenna or reduce the operating bandwidth.
따라서, 본 발명에서는 안테나의 전반적인 동작 대역 이득을 유지하고, 대역폭 손실이 적은 메타물질 개방 종단형 스터브 구조를 가진 소형 대역 저지 필터가 결합된 안테나를 제안한다.Accordingly, the present invention proposes an antenna combined with a small band reject filter having a metamaterial open-ended stub structure that maintains the overall operating band gain of the antenna and has a low bandwidth loss.
도 8은 종래 방법인 1/4 파장 개방 종단형 스터브(stub) 구조를 가진 대역 저지 필터와 결합된 안테나 및 상기 안테나의 특성을 도시한다(case 1).FIG. 8 shows an antenna coupled to a band reject filter having a conventional quarter-wavelength open-ended stub structure and characteristics of the antenna (case 1).
도 8 (a)는 상기 안테나를 시뮬레이트모의시험 한 경우, 상기 안테나를 실제로 제작하여 측정한 경우 및 상기 안테나에서 대역 저지 필터가 제외된 경우의 반사 손실 및 대역폭을 도시한다.FIG. 8 (a) shows the return loss and the bandwidth when the antenna is simulated, when the antenna is actually manufactured and measured, and when the band rejection filter is excluded from the antenna.
도 8 (b)는 상기 1/4 파장 개방 종단형 스터브 구조를 가진 대역 저지 필터와 결합된 안테나의 xy-평면 에서 측정된 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다.Figure 8 (b) shows the far-field pattern measured in the xy-plane of the antenna combined with the band stop filter with the quarter-wavelength open terminated stub structure.
도 8 (c)는 상기 1/4 파장 개방 종단형 스터브 구조를 가진 대역 저지 필터와 결합된 안테나의 yz-평면 에서 측정된 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다.FIG. 8 (c) shows the far-field pattern measured in the yz-plane of the antenna combined with the band stop filter with the quarter-wavelength open terminated stub structure.
1/4 파장 개방 종단형 대역 저지 필터는 원하는 주파수를 차단하는 필터로 동작한다. 900MHz에서 대역 저지 필터로 동작하기 위해서 스터브의 길이는 45mm이내 이어야 한다. 상기 스터브를 안테나 급전부에 위치시키면 900MHz에서 노치가 만들어진다. 도 8 (a)에서 도시된 바와 같이, 급전부에 부착된 1/4 파장 개방 종단형 스터브 구조를 가진 필터로 인해 광대역 안테나의 성능은 저하되었다. 도 8 (a)에서, 900MHz에서 노치가 생성되는 것을 도시하지만, 안테나의 전반적 동작 대역폭을 불안하게 하였고, 이는 바람직하지 않은 결과다. 대역 저지 필터에 의해 2개의 영역으로 나뉜 안테나의 동작 대역폭은 BWL과 BWH로 표시하였다. 이와 별개로, 도 8 (b) 및 (c)에서 몇몇 샘플 주파수(780MHz, 932MHz, 1.12GHz 및 1.34GHz)의 원거리 패턴이 도식화 되었다. 도 8 (b) 및 (c)에서 나타나는 패턴은 노치로 인해 -25dB 부근에서 가장 낮은 이득을 갖는 900MHz를 제외하고는 도 7 (b) 및 (c)와 유사하다.The quarter-wavelength open-ended bandstop filter acts as a filter to block the desired frequency. To operate as a band-stop filter at 900 MHz, the stub must be less than 45 mm long. Placing the stub on the antenna feed section creates a notch at 900 MHz. As shown in FIG. 8 (a), the performance of the broadband antenna is degraded due to the filter having the quarter-wavelength open terminated stub structure attached to the feed section. In Fig. 8 (a), although notches are produced at 900 MHz, the overall operating bandwidth of the antenna is disturbed, which is an undesirable result. The operating bandwidth of the antenna divided into two regions by the band-stop filter is expressed as BW L and BW H. Apart from this, the far-field patterns of some sample frequencies (780 MHz, 932 MHz, 1.12 GHz and 1.34 GHz) are plotted in FIGS. 8B and 8C. The patterns shown in Figures 8 (b) and (c) are similar to Figures 7 (b) and (c) except 900MHz, which has the lowest gain around -25dB due to the notch.
도 9는 종래 방법인 900MHz에서 노치 생성을 위하여 방사체에 슬롯이 형성된 안테나 및 그 특성을 도시한다(case 2).FIG. 9 illustrates an antenna in which a slot is formed in a radiator for generating notches at 900 MHz, which is a conventional method, and characteristics thereof (case 2).
도 9 (a)는 상기 안테나를 시뮬레이트모의시험 한 경우, 상기 안테나를 실제로 제작하여 측정한 경우 및 상기 안테나에서 슬롯이 제외된 경우의 반사 손실 및 대역폭을 도시한다.9 (a) shows the return loss and the bandwidth when the antenna is simulated, when the antenna is actually manufactured and measured, and when the slot is excluded from the antenna.
도 9 (b)는 상기 방사체에 슬롯이 형성된 안테나의 xy-평면 에서 측정된 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다.Figure 9 (b) shows a far-field pattern measured in the xy-plane of the antenna slotted in the radiator.
도 9 (c)는 상기 방사체에 슬롯이 형성된 안테나의 yz-평면 에서 측정된 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다.9 (c) shows a far-field pattern measured in the yz-plane of the antenna in which the slot is formed in the radiator.
광대역 안테나의 노치 효과는 시스템의 주요 방사체에 하나 또는 그 이상의 슬롯을 형성함으로써 구현할 수 있다. 도 9는 폭(Wslot) 2mm를 갖는 수정 된 V형 슬롯이 방사체의 하부 림을 따라 형성된 경우, 광대역 안테나의 동작을 도시한다.The notch effect of a wideband antenna can be realized by forming one or more slots in the main radiator of the system. 9 illustrates the operation of a wideband antenna when a modified V-shaped slot having a width W slot of 2 mm is formed along the lower rim of the radiator.
도 9 (a)에 도시 된 바와 같이, 시뮬레이트모의시험된 반사 손실 및 대역폭 특성은 측정된 반사 손실 및 대역폭 특성과 잘 일치한다. 900MHz에서 노치의 형성은 원래의 광대역-밴드를 BWL 및 BWH로 분할하며, 이는 가용 대역폭이 case 1보다 적게 영향을 받는다는 것을 의미한다. 도 9 (b) 및 (c) 는 노치의 영향력을 관찰하기 위해, xy 및 yz 평면에서 다양한 주파수(780MHz, 932MHz, 1.12GHz 및 1.34GHz)에 대한 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다. 도 9 (b) 및 (c)는 case 1에서 발견 된 노치 주파수와 관련된 가장 약한 방사선을 나타낸다.As shown in Figure 9 (a), the simulated simulated return loss and bandwidth characteristics are in good agreement with the measured return loss and bandwidth characteristics. Notch formation at 900 MHz splits the original broadband-band into BW L and BW H , which means that the available bandwidth is less affected than
도 10은 제안 된 CRLH 위상 시프터천이기 와 대역 저지 필터 및 CRLH 의 특성들의 개략도를 도시한다.10 shows a schematic of the proposed CRLH phase shifter and the characteristics of the band reject filter and CRLH.
도 10 (a)는 CRLH 위상 시프터천이기 대역 저지 필터 회로도를 도시하고, 10 (a) shows a CRLH phase shifter band-stop filter circuit diagram,
도 10 (b)는 CRLH 위상 시프터천이기 대역 저지 필터 분산도를 도시한다.10 (b) shows the band stop filter dispersion diagram for a CRLH phase shifter.
도 10은 CRLH-TL(Composite Right / Left Handed - Transmission Line) 위상 시프터천이기(phase shifter)를 기반으로 설계된 새로운 소형 대역 저지 필터를 도시하는데, 상기 필터는 900MHz에서 90도의 위상 편이를 수반하고, 노치를 만들기 위해 개방 종단형 스터브(stub)에 내장되어 있다.FIG. 10 shows a new small band reject filter designed based on a Composite Right / Left Handed-Transmission Line (CRLH-TL) phase shifter, which carries a 90 degree phase shift at 900 MHz. It is built into an open-ended stub to make a notch.
도 10(a)를 참고하면, 상기 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터는 급전부에 왼손법칙이 적용된 제1 용량성 집중소자(lumped elements)(CL1), 제1 TL(Transmission Line), 왼손법칙이 적용된 제2 용량성 집중소자(CL2), 제2 TL, 왼손법칙이 적용된 제3 용량성 집중소자(CL3) 및 제3 TL이 직렬로 순서대로 연결될 수 있고, 왼손법칙이 적용된 제1 유도성 집중소자(LL1)의 일 말단은 상기 제1 TL 및 상기 제2 용량성 집중소자(CL2) 사이에 연결되어있고, 타 말단은 접지와 연결되어 있으며, 왼손법칙이 적용된 제2 유도성 집중소자(LL2)의 일 말단은 상기 제2 TL 및 상기 제3 용량성 집중소자(CL3) 사이에 연결되어있고, 타 말단은 접지와 연결된 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 10 (a), the small band reject filter of the metamaterial open-ended stub structure may include a first lumped element C L1 and a first TL in which a left hand rule is applied to a feeder. Line), the second capacitive lumped element (C L2 ) to which the left-hand rule is applied, the second TL, the third capacitive lumped element (C L3 ) to which the left-hand rule is applied, and the third TL may be connected in series, and the left hand is One end of the first inductive concentrator L L1 to which the law is applied is connected between the first TL and the second capacitive concentrator C L2 , and the other end is connected to the ground. One end of the applied second inductive concentrator L L2 may be connected between the second TL and the third capacitive concentrator C L3 , and the other end may have a structure connected to the ground. .
상기 필터(case 3)를 1/4파장 개방 종단형 필터(case 1)과 비교하면, 900MHz 대역을 저지하기 위하여 1/4파장 개방 종단형 필터(case 1)는 0.25 파장의 길이에 해당하는 42mm가 요구되는 반면에, 상기 필터(case 3)는 0.07 파장의 길이에 해당하는 12mm만이 요구된다. 이는 필터 제작에 있어서 소형화에 아주 유리한 장점이 된다. Comparing the filter (case 3) with a 1/4 wavelength open-ended filter (case 1), the 1/4 wavelength open-ended filter (case 1) is 42 mm corresponding to a length of 0.25 wavelength to block the 900 MHz band. On the other hand, the
도 10 (a)는 안테나 급전부의 노치 필터에 적용될 제안 된 위상 시프터천이기의 개략도를 도시하고, 도 10 (b) 는 LR = 0.02nH / m, CR = 14.4nF / m을 나타내는 오른손 영역(Right Handed Region)(ω>ω0) TL 세그먼트로 초기 값 LL = 14.39nH, CL = 0.88pF 및 d = 12mm를 사용하는 회로의 분산 다이어그램을 도시한다.Fig. 10 (a) shows a schematic diagram of the proposed phase shifter applied to the notch filter of the antenna feeder, and Fig. 10 (b) shows the right hand showing L R = 0.02 nH / m and C R = 14.4 nF / m. Right Handed Region (ω> ω0) shows a scatter diagram of the circuit using initial values L L = 14.39 nH, C L = 0.88 pF and d = 12 mm as the TL segment.
도 10 (b) 에서 CRLH 구조에서 전형적인 비선형 분산 곡선이 도시되는데, 여기서 LL 및 CL 은 왼쪽 영역(Left Handed Region)(ω<ω0)에 대해 작용하고, TL 세그먼트 d 는 오른쪽 영역(Right Handed Region)(ω>ω0)에 대해 작용한다. In Fig. 10 (b) a typical nonlinear dispersion curve in the CRLH structure is shown, where L L and C L act on the Left Handed Region (ω <ω 0), and the TL segment d is the Right Handed. Region) (ω> ω0).
도 11은 풀 웨이브 시뮬레이터에서 CRLH 노치 필터 회로의 물리적 구현을 도시한다.11 shows the physical implementation of a CRLH notch filter circuit in a full wave simulator.
도 11 (a)는 기하학적 구조를 도시하고,11 (a) shows the geometry,
도 11 (b)는 시뮬레이트모의시험된 결과들을 도시한다.Figure 11 (b) shows the simulated simulated results.
도 11 (a)는 시뮬레이터에서 아래와 같이 구현된다. 구현 된 구조는 유전율(r)이 4.3이고 높이가 1.2mm 인 FR4 기판을 고려하여 50Ω의 특성 임피던스를 위해 설계된 폭(wt) 3.2mm 및 길이(lt) 20 mm를 갖는 마이크로스트립 라인(microstrip line)으로 구성된다. 기판의 길이(ls) 및 폭(ws)은 20 mm이다. 집중 요소소자(lumped elements)는 C1 = 2.2pF, C2 = C3 = 1.49pF, L1 = 4.34nH 및 L2 = 3.98nH이다. 여기서, 비아(vias)는 반경(r) 0.2mm 및 높이(h) 1.2mm로 사용된다. 마이크로스트립 라인 세그먼트 사이의 갭은 g = 0.5mm이고, 세그먼트의 길이는 l2 = l3 = 3.5mm 및 l1 = l4 = 0.2 mm이다. 상기 도 11(a)의 C1, C2, C3, L1 및 L2는 각각 상기 도 10(a)의 CL1, CL2, CL3, LL1 및 LL2에 대응된다.11 (a) is implemented as follows in the simulator. The implemented structure is a microstrip with a width (w t ) of 3.2 mm and a length (l t ) of 20 mm designed for a characteristic impedance of 50 Ω, taking into account a FR4 substrate with a dielectric constant ( r ) of 4.3 and a height of 1.2 mm. line). The length l s and width w s of the substrate are 20 mm. The lumped elements are C 1 = 2.2 pF, C 2 = C 3 = 1.49 pF, L 1 = 4.34 nH and L 2 = 3.98 nH. Here vias are used with a radius r of 0.2 mm and a height h of 1.2 mm. The gap between the microstrip line segments is g = 0.5 mm and the length of the segments is l 2 = l 3 = 3.5 mm and l 1 = l 4 = 0.2 mm. C 1 , C 2 , C 3 , L 1, and L 2 of FIG. 11 (a) correspond to C L1 , C L2 , C L3 , L L1, and L L2 of FIG. 10 (a), respectively.
도 11 (b)에 도시된 결과는 제안 된 설계 방법이 타당함을 보여준다. 도 11 (b)에 도시된 S21 그래프에서 이 노치는 900MHz에서 약 -20dB의 삽입 손실로 나타난다.The results shown in Figure 11 (b) show that the proposed design method is valid. In the S 21 graph shown in Fig. 11 (b), this notch is shown with an insertion loss of about -20 dB at 900 MHz.
도 12는 실제 제작된 case3의 안테나와 반사손실을 도시한다.12 shows the antenna and return loss of case3 actually fabricated.
도12 (a)는 도 3에서 도시된 안테나와 메타물질 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터가 결합된 case3의 안테나의 실제 제작된 형태를 도시한다.FIG. 12 (a) shows the actual fabricated form of the antenna of case3 in which the antenna shown in FIG. 3 and the small band-stop filter of the metamaterial terminated stub structure are combined.
도 12 (b)는 case3 안테나의 시뮬레이트모의시험된 반사 손실 및 대역폭, 실제 제작된 case3 안테나의 측정된 반사 손실 및 대역폭 및 실제 제작된 도 4의 안테나(필터가 결합되지 않은 안테나)의 측정된 반사 손실 및 대역폭을 도시한다.FIG. 12 (b) shows simulated return loss and bandwidth of the simulated case3 antenna of the case3 antenna, measured return loss and bandwidth of the actually produced case3 antenna, and measured reflection of the antenna of the manufactured FIG. The loss and bandwidth are shown.
도 12 (a)에 도시된 노치필터는 안테나 급전부(150) 하단의 입력 포트에서 53.5mm 떨어진 부위에 부착되었다. The notch filter illustrated in FIG. 12 (a) was attached to a portion 53.5 mm away from the input port at the bottom of the
도 12 (b)에 도시된 반사 손실 및 대역폭 그래프를 보면, CRLH 노치 필터를 포함한 안테나의 시뮬레이트모의시험된 반사 손실 그래프에서의 노치 주파수는 900MHz이지만(S1), 측정된 반사 손실 그래프에서의 노치 주파수는 950MHz이상의 값을 가진다. 상기와 같은 결과는 기판의 변화 및 집중요소소자(lumped elements)의 수작업 납땜(soldering)으로 인하여 발생한 것이다. 도 12 (b)에서 대역 저지 필터를 부착한 안테나의 반사 손실 및 대역폭을 대역 저지 필터가 없는 도 4의 안테나의 반사 손실 및 대역폭과 비교해 보면, 대역 저지 필터에 의하여 기존의 대역폭은 분할되지만, 900MHz 주파수를 차단하면서 다른 대역폭에 미치는 부정적인 영향을 최소한으로 한다. Looking at the return loss and bandwidth graphs shown in FIG. 12 (b), the notch frequency in the simulated simulated return loss graph of the antenna including the CRLH notch filter is 900 MHz (S 1 ), but notch in the measured return loss graph. The frequency has a value above 950 MHz. This result is due to the change of substrate and the manual soldering of lumped elements. Comparing the return loss and the bandwidth of the antenna with the band stop filter in FIG. 12 (b) with the return loss and bandwidth of the antenna of FIG. 4 without the band stop filter, the existing bandwidth is divided by the band stop filter, but the 900 MHz Blocking frequencies minimizes the negative impact on other bandwidths.
도 13은 도 12 (a)에서 도시된 안테나의 원거리 패턴 특성을 도시한다.FIG. 13 shows a far-field pattern characteristic of the antenna shown in FIG. 12 (a).
도 13 (a)는 xy-평면(또는 수평 평면)에서 각 주파수 별로(712MHz, 932MHz, 1.12GHz 및 1.39GHz) 측정된 안테나의 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다.FIG. 13A shows a far-field pattern of an antenna measured at each frequency (712 MHz, 932 MHz, 1.12 GHz, and 1.39 GHz) in the xy-plane (or horizontal plane).
도 13 (b)는 yz-평면(또는 수직 평면)에서 각 주파수 별로(712MHz, 932MHz, 1.12GHz 및 1.39GHz)측정된 안테나의 원거리 패턴(far-field pattern)을 도시한다.Figure 13 (b) shows the far-field pattern of the antenna measured for each frequency (712 MHz, 932 MHz, 1.12 GHz and 1.39 GHz) in the yz-plane (or vertical plane).
도 13 (c)는 수직 평면에서 도 12 (b)에서 표시된 주파수 포인트(M1, S1)에서의 시뮬레이트모의시험된 빔-패턴(beam-pattern)과 측정된 빔-패턴(beam-pattern)을 비교하여 도시한다.FIG. 13 (c) shows simulated beam-pattern and measured beam-pattern simulated at the frequency points M 1 , S 1 indicated in FIG. 12 (b) in the vertical plane. The comparison is shown.
도 13 (a)의 그래프는 노치 주파수에서 가장 작은 이득을 제외하고는 전 방향 분포가 유사하다. 게다가, 도 10 (b)에서와 같이, 노치 주파수에서의 안테나 이득은 다른 곡선들보다 약 10dB 떨어진다. 마지막으로, 도 10 (c)에 표시된 마커(marker) 주파수 S1과 M1의 시뮬레이트모의시험된 원거리 패턴과 측정된 원거리 패턴이 도시되어있는데, 그들은 유사하게 행동한다.The graph of FIG. 13 (a) has a similar omnidirectional distribution except for the smallest gain at the notch frequency. In addition, as in FIG. 10 (b), the antenna gain at the notch frequency is about 10 dB lower than the other curves. Finally, simulated simulated far patterns and measured far patterns of the marker frequencies S 1 and M 1 shown in FIG. 10 (c) are shown, and they behave similarly.
도 14는 case 1 내지 case 3의 경우에 가용 대역폭을 비교하여 도시 한다.FIG. 14 shows a comparison of available bandwidths in
하기 표1은 도 14의 case 1 내지 case 3의 경우에서 얻어지는 BWL 및 BWH를 비교 정리하여 도시한다.Table 1 below shows the comparison of the BW L and BW H obtained in the case of
상기 표 1에서 도시하는 바와 같이, case 3에서는 BWL 과 BWH은 각각 100MHz 와 250MHz로 비교적 넓은 가용 대역폭을 보이지만, case 1에서는 20MHz와 100MHz, case 2에서는 60MHz 와 30MHz 와 같이 훨씬 좁은 가용 대역폭을 가진다. As shown in Table 1, in
도 15는 필터를 포함하지 않은 도3의 안테나 및 필터를 포함한case 1 내지 case 3의 경우에서 주파수 대역 별 이득을 시뮬레이트모의시험한 값을 비교하여 도시 한다.FIG. 15 shows a comparison of simulated simulated gains of frequency band gains in
도 15는 테스트된 모든 case 중에서 case 3에서의 가용 대역폭이 case 1 및 case 2에 비해서 대역 저지 필터의 영향을 가장 적게 받은 것을 보여준다. 이는 case 3에서의 대역 저지 필터가 case 1 및 case 2에 비하여 가장 작은 공간을 차지함으로써 공간 집중에 따른 노치의 Q 팩터(quality factor)의 증가에 기인한 결과이다. 따라서, 양호한 이득 억제를 가지나 불량한 반사 손실을 갖는 케이스 1 및 케이스 2에 반해, case 3에 적용된 CRLH-TL 노치 필터는 안테나의 전체 반사 손실에 영향을 미치지 않으면서 노치 주파수에서 안테나의 이득을 억제하는 효과를 가진다.FIG. 15 shows that, among all the tested cases, the available bandwidth in
100: 방사체
110: 제1 가장자리
120: 제2 가장자리
130: 제3 가장자리
140: 제4 가장자리
150: 급전부
160: 부분 접지
200a, 200b: 제1 기생소자
300a, 300b: 제2 기생소자100: radiator
110: first edge
120: second edge
130: third edge
140: fourth edge
150: feeder
160: partial ground
200a, 200b: first parasitic element
300a and 300b: second parasitic elements
Claims (17)
상기 방사체의 일 말단에 연결된 급전부; 및
상기 급전부에 스터브 구조를 가지는 대역 저지 필터;를 포함하되,
상기 대역 저지 필터는 메타 물질의 위상 시프터천이기(shifter)인 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
A radiator having a structure in which a width is gradually tapered from one end to the other end;
A feeder connected to one end of the radiator; And
And a band stop filter having a stub structure in the feed section.
And the bandstop filter is a phase shifter of metamaterials. A UHF wideband antenna combined with a small bandstop filter of a metamaterial open-ended stub structure.
상기 방사체는 좌우 대칭구조를 가지며,
상기 방사체의 일 말단과 연결되어 좌우 대칭축과 제1 경사각을 이루며 형성되는 제1 가장자리;
제1 가장자리와 연결되어 좌우 대칭축과 제2 경사각을 이루며 형성되는 제2 가장자리;
제2 가장자리와 연결되어 좌우 대칭축과 제3 경사각을 이루며 형성되는 제3 가장자리; 및
제3 가장자리와 연결되어 좌우 대칭축과 나란하게 형성되는 제4 가장자리;로 형성되어 있으며, 제2 경사각이 제1 경사각 및 제3 경사각보다 큰 값을 가지는 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 1,
The radiator has a symmetrical structure,
A first edge connected to one end of the radiator to form a first inclination angle with a left and right symmetry axis;
A second edge connected to the first edge to form a second inclination angle with the left and right symmetry axes;
A third edge connected to the second edge to form a third inclination angle with the left and right symmetry axes; And
A fourth edge connected to the third edge and formed in parallel with the left and right symmetry axes, wherein the second inclination angle has a value greater than the first inclination angle and the third inclination angle. UHF wideband antenna combined with a small band reject filter.
상기 제1 경사각은 38도 내지 48도, 상기 제2 경사각은 58.5도 내지 68.5도, 상기 제3 경사각은 23.5도 내지 33.5도이고,
상기 제1 가장자리의 길이는 19mm 내지 21mm, 상기 제2 가장자리의 길이는 21mm 내지 23mm, 상기 제3 가장자리의 길이는 14mm 내지 16mm, 상기 제4 가장자리의 길이는 21mm 내지 23mm인 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 2,
The first inclination angle is 38 degrees to 48 degrees, the second inclination angle is 58.5 degrees to 68.5 degrees, and the third inclination angle is 23.5 degrees to 33.5 degrees,
The length of the first edge is 19mm to 21mm, the length of the second edge is 21mm to 23mm, the length of the third edge is 14mm to 16mm, the length of the fourth edge is 21mm to 23mm UHF wideband antenna combined with a small band-stop filter with open-ended stubs.
상기 방사체는 좌우 대칭 구조를 가지며, 좌측 구조 또는 우측 구조 중 어느 한 구조로만 이루어진 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The radiator has a left-right symmetrical structure, UHF wideband antenna combined with a small band-stop filter of the metamaterial open-ended stub structure characterized in that it consists of only one of the left structure or the right structure.
상기 방사체의 양 측면에 상기 방사체의 가장자리와 소정 거리 이격 되어 형성되어있는 제1 기생소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method according to any one of claims 1 to 3,
UHF broadband antenna coupled to the small band-stop filter of the meta-material open-ended stub structure further comprises a first parasitic element formed on both sides of the radiator spaced apart from the edge of the radiator by a predetermined distance.
상기 방사체의 가장자리와 상기 제1 기생소자 사이의 간격은 5mm 인 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 5,
UHF broadband antenna coupled to the small band-stop filter of the metamaterial open-ended stub structure characterized in that the spacing between the edge of the radiator and the first parasitic element is 5mm.
상기 제1 기생소자의 폭은 3mm 인 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 6,
UHF wideband antenna coupled to the small band-stop filter of the metamaterial open-ended stub structure characterized in that the width of the first parasitic element is 3mm.
상기 방사체 및 상기 제1 기생소자는 좌우 대칭 구조로서, 좌측 구조 또는 우측 구조 중 어느 한 구조로만 이루어진 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 5,
The radiator and the first parasitic element is a left-right symmetric structure, UHF broadband antenna combined with a small band stop filter of the meta-material open-ended stub structure, characterized in that consisting of only one of the left or right structure.
상기 방사체의 상부면 또는 하부면에 소정 거리 이격 되어 상기 방사체와 대응되는 위치에 형성되어 있는 제2 기생소자를 더 포함하고,
상기 제2 기생소자는 상기 방사체의 양 측면 가장자리에 대응되는 위치에 균일한 폭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 5,
And further comprising a second parasitic element spaced apart from the upper surface or the lower surface of the radiator at a position corresponding to the radiator,
The second parasitic element is UHF broadband antenna coupled to the small band-stop filter of the metamaterial open-ended stub structure is formed in a uniform width at a position corresponding to both side edges of the radiator.
상기 제2 기생소자는 폭이 2 mm 인 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 9,
And the second parasitic element has a width of 2 mm and a UHF wideband antenna coupled with a small band reject filter of a metamaterial open-ended stub structure.
상기 제2 기생소자는 상기 방사체의 측면 가장자리의 모양과 동일한 모양으로서, 상기 방사체의 제1 경사각 내지 제3경사각 및 제1 가장자리 내지 제4가장자리의 길이와 동일한 각도 및 길이를 가지고, 상기 급전부가 형성되어 있는 면과 소정 거리 이격되어 상기 급전부에 대응되는 위치에 형성된 부분 접지와 이격 되어 형성되어 있으며, 상기 제2 기생소자는 좌, 우측 소자로 각각 분리되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 9,
The second parasitic element has the same shape as that of the side edge of the radiator, and has the same angle and length as the length of the first to third inclination angles and the length of the first to fourth edges of the radiator, and the feed part is formed. It is formed to be spaced apart from the surface and the partial ground formed at a position corresponding to the power supply portion, and the second parasitic element is separated into left and right elements, respectively, characterized in that the meta-material opening UHF wideband antenna combined with a small band-stop filter with an end stub structure.
상기 방사체, 상기 제1 기생소자 및 상기 제2 기생소자는 좌우 대칭 구조로서, 좌측 구조 또는 우측 구조 중 어느 한 구조로만 이루어진 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method of claim 9,
The radiator, the first parasitic element and the second parasitic element are left and right symmetrical structure, combined with a small band stop filter of the metamaterial open-ended stub structure, characterized in that only one of the left structure or the right structure. UHF broadband antenna.
상기 급전부에 상기 대역 저지 필터가 복수 개로 형성된 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method according to any one of claims 1 to 3,
UHF broadband antenna coupled to the small band stop filter of the meta-material open-ended stub structure characterized in that the plurality of band stop filter is formed in the feed.
상기 대역 저지 필터는
상기 급전부에 왼손법칙이 적용된 제1 용량성 집중요소소자(lumped elements)(CL1), 제1 TL(Transmission Line), 왼손법칙이 적용된 제2 용량성 집중요소소자(CL2), 제2 TL, 왼손법칙이 적용된 제3 용량성 집중요소소자(CL3) 및 제3 TL이 직렬로 순서대로 연결되어 있고,
왼손법칙이 적용된 제1 유도성 집중요소소자(LL1)의 일 말단은 상기 제1 TL 및 상기 제2 용량성 집중요소소자(CL2) 사이에 연결되어있고, 타 말단은 접지와 연결되어 있으며,
왼손법칙이 적용된 제2 유도성 집중요소소자(LL2)의 일 말단은 상기 제2 TL 및 상기 제3 용량성 집중요소소자(CL3) 사이에 연결되어있고, 타 말단은 접지와 연결된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The band reject filter
The first capacitive lumped elements C L1 to which the left hand rule is applied, the first TL (Transmission Line), the second capacitive lumped element C L2 to which the left hand rule is applied, and a second portion TL, the third capacitive lumped element C L3 to which the left-hand rule is applied, and the third TL are connected in series,
One end of the first inductive concentrated element element L L1 to which the left-hand rule is applied is connected between the first TL and the second capacitive concentrated element element C L2 , and the other end is connected to ground. ,
One end of the second inductive concentrated element element L L2 to which the left hand law is applied is connected between the second TL and the third capacitive concentrated element element C L3 , and the other end is connected to ground. UHF wideband antenna combined with a small band-stop filter of the metamaterial open-ended stub structure, characterized in that formed.
상기 대역 저지 필터는
50옴의 특성 임피던스를 가지기 위해 설계된 폭 3.2mm, 길이 20 mm를 갖는 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 가지는 비유전율이 4.3, 높이가 1.2mm 인 FR4 기판 위에 구현 되며,
상기 제1 용량성 집중요소소자는 2.2pF, 상기 제2 용량성 집중요소소자 및 상기 제3 용량성 집중요소소자는 1.49pF, 상기 제1 유도성 집중요소소자는 4.34nH, 상기 제2 유도성 집중요소소자는 3.98nH이고,
상기 급전부와 상기 제1 용량성 집중요소소자 사이의 마이크로스트립 라인 세그먼트(segment)의 길이는 0.2mm,
상기 제1 용량성 집중요소소자와 상기 제2 용량성 집중요소소자 사이의 마이크로스트립 라인 세그먼트(segment)의 길이는 3.5mm,
상기 제2 용량성 집중요소소자와 상기 제3 용량성 집중요소소자 사이의 마이크로스트립 라인 세그먼트(segment)의 길이는 3.5mm,
상기 제3 용량성 집중요소소자와 연결되어 개방되어있는 마이크로스트립 라인 세그먼트(segment)의 길이는 0.2mm이며,
상기 마이크로스트립 라인 세그먼트들 사이의 갭(g)은 0.5mm인 것을 특징으로 하는 메타물질 개방 종단형 스터브 구조의 소형 대역 저지 필터와 결합된 UHF 광대역 안테나.The method of claim 16,
The band reject filter
Designed on a FR4 substrate with a dielectric constant of 4.3 and a height of 1.2 mm with a microstrip line 3.2 mm wide and 20 mm long, designed to have a characteristic impedance of 50 ohms.
The first capacitive lumped element is 2.2pF, the second capacitive lumped element and the third capacitive lumped element are 1.49pF, the first inductive lumped element is 4.34nH, and the second inductive. Lumped element is 3.98nH,
The length of the microstrip line segment between the feed section and the first capacitive lumped element is 0.2 mm,
The length of the microstrip line segment between the first capacitive lumped element and the second capacitive lumped element is 3.5 mm,
The length of the microstrip line segment between the second capacitive lumped element and the third capacitive lumped element is 3.5 mm,
The length of the microstrip line segment that is open in connection with the third capacitive lumped element is 0.2 mm,
And a gap (g) between the microstrip line segments is 0.5 mm, combined with a small band reject filter of a metamaterial open-ended stub structure.
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