KR102070402B1 - 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나 및 이를 포함하는 협대역 안테나 모듈 - Google Patents

협대역 안테나 모듈용 패치 안테나 및 이를 포함하는 협대역 안테나 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나 및 이를 포함하는 협대역 안테나 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 마이크로스트립 스택(MICROSTRIP STACKED) 패치의 병렬 배치를 통해 협대역 방사 특성을 확보함으로써 방사각에 대한 선택도를 향상시키기 위한 안테나 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나는 상부면에 복수의 제1 마이크로스트립 패치를 포함하는 복수의 패치 어레이가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 제1 기판; 상기 제1 기판의 하부에 위치하며, 상부면에 복수의 제2 마이크로스트립 패치가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 접착층; 상기 접착층의 하부에 위치하며, 하부면에 접지가 구비된 제2 기판; 상기 제1 기판의 상부면에 상기 제1 마이크로스트립 패치와 이격되도록 배치되며, 주파수 신호를 공급하도록 구비된 제1 급전 선로; 상기 접착층의 상부면에 구비되며, 상기 제2 마이크로스트립 패치에 주파수 신호를 공급하는 분지 형태(branch type)의 제2 급전 선로; 및 상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 급전 선로와 상기 제2 급전 선로를 연결하는 비아홀;을 포함하며, 이 때 상기 제2 마이크로스트립 패치는 상기 제1 급전 선로를 통해 인가된 주파수 신호를 방사하여 상기 제1 마이크로스트립 패치로 커플링 공급하도록 마련될 수 있다.

Description

협대역 안테나 모듈용 패치 안테나 및 이를 포함하는 협대역 안테나 모듈{PATCH ANTENNA FOR NARROW BAND ANTENNA MODULE AND NARROW BAND ANTENNA MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나 및 이를 포함하는 협대역 안테나 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 마이크로스트립 스택(MICROSTRIP STACKED) 패치의 병렬 배치를 통해 협대역 방사 특성을 확보함으로써 방사각에 대한 선택도를 향상시키기 위한 안테나 기술에 관한 것이다.
최근, 휴대용 디바이스의 사용이 보편화되고 통신기술이 일반화되면서 회로의 소형화에 걸림돌이 되고 잇는 배터리와 전원 코드 문제를 해결하고, 전원 공급과 배터리 충전을 무선으로 실현하려는 연구와 언제 어디서나 이용할 수 있는 유비쿼터스 센서의 전원 공급을 위한 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
특히, 미래 사회의 10대 유망기술 중 하나로서 무선 전력 전송 기술이 많은 주목을 받고 있다.
무선 전력 전송에 사용되는 렉테나(Rectenna)는 정류회로(Rectifier)와 안테나(Antenna)의 합성어로서, RF 신호를 받아들이는 안테나와 정류 다이오드, 부하 저항 등으로 구성되며, 안테나에 입사된 RF 전력을 정류회로를 통해 DC 전력으로 변환해주는 소자를 의미한다.
이러한 렉테나는 UWB 레이더 모듈 등에 적용되는데, 대표적으로 파형(sinuous), 비발디(vivaldi), 안티-비발디 및 패치 안테나 등이 있다. 현재에는 설계 및 제작이 용이하고 소형화가 가능한 패치 안테나가 주로 사용되고 있는 실정이다.
일반적인 패치 안테나의 경우, 안테나 방사부와 반사부는 공기를 매질로 하여 소정의 간격만큼 이격되도록 제작된다.
이 때, 안테나 방사부와 반사부는 나사 등을 이용하여 결합되는데, 안테나 조립시 조립 공차 등에 의해 안테나 방사부와 반사부 사이의 간격이 일정하지 않을 경우 안테나 특성이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 패치 안테나의 경우, 안테나의 사이즈가 작을수록 안테나로부터 발생되는 사이드 로브에 의해 안테나 특성 저하 현상의 증가하는 바, 안테나의 소형화가 어렵다는 문제가 있었다.
아울러, 기존에 시판되거나 널리 알려진 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나의 경우, 단순히 병렬적으로 배치된 패치의 수를 증가시켜 레이더의 빔 폭(즉, 방사각)을 좁게 설계하고 있으나, 안테나로부터 발생되는 사이드 로브에 의해 안테나 특성이 저하되는 문제는 충분히 해소되지 않은 실정이다.
본 발명은 공기를 매질로 사용하지 않는 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 마이크로스트립 스택 패치의 병렬 배치를 통해 사이드 로브의 감소와 함께 협대역 방사 특성을 확보할 수 있는 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상부면에 복수의 제1 마이크로스트립 패치를 포함하는 복수의 패치 어레이가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 제1 기판; 상기 제1 기판의 하부에 위치하며, 상부면에 복수의 제2 마이크로스트립 패치가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 접착층; 상기 접착층의 하부에 위치하며, 하부면에 접지가 구비된 제2 기판; 상기 제1 기판의 상부면에 상기 제1 마이크로스트립 패치와 이격되도록 배치되며, 주파수 신호를 공급하도록 구비된 제1 급전 선로; 상기 접착층의 상부면에 구비되며, 상기 제2 마이크로스트립 패치에 주파수 신호를 공급하는 분지 형태(branch type)의 제2 급전 선로; 및 상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 급전 선로와 상기 제2 급전 선로를 연결하는 비아홀을 포함하는 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1 마이크로스트립 패치와 상기 제2 마이크로스트립 패치는 임의의 급전 선로에 의해 직접적으로 연결되어 있지 않으며, 제1 급전 선로를 통해 상기 제2 마이크로스트립 패치로 인가된 주파수 신호를 상기 제2 마이크로스트립 패치가 방사하여 상기 제1 마이크로스트립 패치로 커플링 공급하도록 구성되어 있다.
이 때, 주파수 신호의 커플링 공급이 원활히 이루어지도록 상기 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때, 상기 패치 어레이에 포함된 상기 제1 마이크로스트립 패치는 상기 제2 마이크로스트립 패치의 일부 영역과 중첩되도록 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 패치 어레이에 포함된 상기 제1 마이크로스트립 패치의 모서리는 상기 제2 마이크로스트립 패치의 모서리와 중첩되도록 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 하나의 패치 어레이에 포함된 복수의 제1 마이크로스트립 패치는 십(十)자형의 이격 공간을 형성하도록 가상의 사각형의 모서리에 구비되며, 상기 접착층 상에 배치된 상기 제2 마이크로스트립 패치는 상기 십자형의 이격 공간에 대응하도록 상기 접착층 상에 구비될 수 있다.
다른 변형예에 따르면, 상기 제2 마이크로스트립 패치의 모서리는 서로 인접한 두 변을 연결하는 사선 형태를 가짐에 따라 제2 마이크로스트립 패치로부터 방사된 주파수 신호의 제1 마이크로스트립 패치로의 커플링 공급률을 향상시킬 수 있다.
추가적으로, 상기 접착층의 상부에 상기 제2 마이크로스트립 패치와 이격되도록 배치된 적어도 하나의 기생 패치를 더 포함함에 따라 제2 마이크로스트립 패치로 공급되는 주파수 신호의 방사 특성을 향상시킬 수 있다.
이 때, 상기 기생 패치는 상기 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때, 상기 패치 어레이 내 서로 인접한 두 제1 마이크로스트립 패치 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제2 마이크로스트립 패치로부터 방사된 주파수 신호를 상기 제1 마이크로스트립 패치로 커플링 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제어 모듈과 상기 제어 모듈을 사이에 두고 상기 제어 모듈의 양측에 서로 나란히 배치된 한 쌍의 패치 안테나를 포함하는 협대역 안테나 모듈이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 패치 안테나의 제1 급전 선로는 상기 제어 모듈과 연결되어 주파수 신호를 공급받을 수 있다.
추가적으로, 서로 나란히 배치된 한 쌍의 패치 안테나 사이에 배치된 적어도 하나의 보조 패치 안테나를 더 포함함으로써 방사각에 대한 선택도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 패치 안테나는 공기 매질층을 포함하지 않는 구조를 채택함에 따라 조립 공차에 따라 안테나 특성이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 패치 안테나는 마이크로스트립 패치를 다층 구조로 배치함에 따라 사이드 로브 발생을 억제함으로써 안테나 특성을 향상시키는 것이 가능하다.
이 때, 마이크로스트립 스택(MICROSTRIP STACKED) 패치의 병렬 배치를 통해 협대역 방사 특성을 확보함으로써 방사각에 대한 선택도를 향상시키는 것이 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 안테나의 상면을 투과도로서 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 패치 안테나에 적용된 제1 기판의 상면을 나타낸 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 패치 안테나에 적용된 접착층의 상면을 나타낸 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 패치 안테나의 단면을 나타낸 것이다.
도 5는 도 1에 도시된 패치 안테나 내 패치 어레이(A)의 상면을 투과도로서 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패치 어레이(A)의 상면을 투과도로서 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 패치 어레이(A)의 하부에 위치하는 접착층의 상면을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패치 어레이(A)의 상면을 투과도로서 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 패치 어레이(A)의 하부에 위치하는 접착층의 상면을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 안테나를 포함하는 안테나 모듈의 개략도이다.
도 11은 도 10에 도시된 안테나 모듈의 9.0 GHz에서의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 모듈의 개략도이다.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 다양한 실시예에 따른 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 안테나의 상면을 투과도로서 나타낸 것이며, 도 2와 도 3은 각각 도 1에 도시된 패치 안테나에 적용된 제1 기판 및 접착층의 상면을 나타낸 것이다. 또한, 도 4는 도 1에 도시된 패치 안테나의 단면을 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 안테나는 상부면에 복수의 제1 마이크로스트립 패치(101)를 포함하는 복수의 패치 어레이(A)가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 제1 기판(100), 제1 기판(100)의 하부에 위치하며, 상부면에 복수의 제2 마이크로스트립 패치(201)가 배치된 접착층(200) 및 접착층(200)의 하부에 위치하며, 하부면에 접지(301)가 구비된 제2 기판(300)으로 구성된다.
또한, 제1 기판(100)의 상부면에는 안테나 모듈과 패치 안테나를 연결하기 위한 연결부(103)가 구비되며, 제어 모듈과 패치 안테나의 연결을 위한 핀 등이 삽입되기 위한 비아홀(VH1)이 추가적으로 배치될 수 있다.
여기서, 제어 모듈은 예를 들어 패치 안테나를 통해 송/수신된 전파 신호를 처리하기 위한 메모리 등과 같은 다양한 전자부품이 실장되거나 안테나 패턴 등을 포함할 수 있다.
제1 기판(100)과 제2 기판(300)은 테프론과 같은 유전체 재질로 형성된 인쇄회로기판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 두께, 유전상수 및 유전체 손실은 동일할 수 있다. 다만, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 유전상수 및 유전체 손실 값 뿐만 아니라 이의 두께는 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있을 것이다.
예를 들어, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 유전상수, 유전체 손실 값 및 두께의 조절을 통해 해치 안테나의 대역폭과 안테나 이득률 등이 조정될 수 있을 것이다.
아울러, 제2 기판(200)의 하부에는 판 형태의 접지(301)가 구비된다.
도 2를 참조하면, 제1 기판(100)의 상부면에는 복수의 제1 마이크로스트립 패치(101)를 포함하는 복수의 패치 어레이(A)와 제1 급전 선로(102)가 배치되되, 제1 마이크로스트립 패치(101)와 제1 급전 선로(102)는 서로 이격되도록 배치된다.
제1 마이크로스트립 패치(101)와 제1 급전 선로(102)는 인쇄회로 방식으로 제1 기판(100)의 상부면에 형성되거나 동박 등의 도전성 재질을 적절한 형상으로 제작하여 부착할 수 있다.
제1 마이크로스트립 패치(101)는 외부로 전자기파를 방사하거나 외부로부터 무선 신호를 수신하는 역할을 수행하나, 제1 급전 선로(102)로부터 직접적으로 주파수 신호를 공급받지 않으며, 제2 마이크로스트립 패치(201)에 의해 간접적으로 공급받도록 배치된다. 또한, 제1 마이크로스트립 패치(101)는 8GHz~12GHz 사이의 고주파 대역인 X대역용으로 구현될 수 있다.
접착층(200)은 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 개재되어 제1 기판(100)과 제2 기판(200)을 접착하는 층으로서, 도 3을 참조하면, 접착층(200)의 상부에는 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 복수의 제2 마이크로스트립 패치(201)와 제2 마이크로스트립 패치(201)와 연결되어 제2 마이크로 스트립 패치(201)로 주파수 신호를 인가하는 제2 급전 선로(202)가 배치된다.
제2 마이크로스트립 패치(201)는 8GHz~12GHz 사이의 고주파 대역인 X대역용으로 구현될 수 있으며, 제2 급전 선로(202)를 통해 주파수 신호를 인가받도록 제2 급전 선로(202)와 연결된다.
제1 기판(100) 상에 배치된 제1 급전 선로(102)와 접착층(200) 상에 배치된 제2 급전 선로(202)는 제1 기판(100)을 관통하는 비아홀(VH2)에 의해 전기적으로 연결되며, 이에 따라 제1 급전 선로(102)를 통해 공급되는 주파수 신호는 비아홀(VH2)을 거쳐 제2 급전 선로(202)로 공급되며, 궁극적으로 주파수 신호가 제2 마이크로스트립 패치(201)에 인가되도록 한다.
여기서, 제1 마이크로스트립 패치(101)와 제2 마이크로스트립 패치(201)는 임의의 급전 선로에 의해 직접적으로 연결되어 있지 않으며, 제1 급전 선로(102)와 제2 급전 선로(202)를 거쳐 제2 마이크로스트립 패치(201)로 인가된 주파수 신호가 상부를 향해 방사되어 제1 마이크로스트립 패치(101)에 커플링 공급되도록 구성되어 있다.
제1 마이크로스트립 패치(101)는 급전 선로를 통해 주파수 신호를 직접 인가받지 않고 제2 마이크로스트립 패치(201)로부터 방사된 주파수 신호를 커플링 공급받음에 따라 제1 마이크로스트립 패치(101)로부터 방사되는 주파수 대역의 범위를 넓혀 패치 안테나의 방사 특성을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 제2 마이크로스트립 패치(201)를 통한 간접 급전 방식을 통해 수직 편하와 수평 편파의 편파 분리도를 향상시킬 수 있으며, 패치 안테나의 사이드 로브 발생을 억제하는 것이 가능하다는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 마이크로스트립 패치(201)로 주파수 신호를 인가하기 위한 제2 급전 선로(202)는 분지 형태(branch type)를 가짐으로써 수평 방향을 따라 배치된 복수의 제2 마이크로 스트립 패치(201)를 병렬적으로 연결하도록 구성된다.
이 때, 제2 급전 선로(202)는 4웨이 또는 8웨이 커플러 방식의 분지 형태로 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 제2 급전 선로(202)는 8웨이 커플러 방식의 분지 형태를 통해 제1 급전 선로(102)를 통해 급전 선로가 공급되는 비아홀(VH2)까지 연결된다.
이 때, 서로 이웃한 두 제2 마이크로스트립 패치(201)와 연결된 제2 급전 선로(202)는 제1 커플러(203)에 의해 연결되며, 다시 서로 이웃한 두 제1 커플러(203)는 제2 커플러(204)에 의해 연결되고, 마지막으로 서로 이웃한 두 제2 커플러(204)는 제3 커플러(205)에 의해 연결될 수 있다.
여기서, 제1 커플러(203)는 제2 급전 선로(202)로부터 수직 방향(y)으로 연장된 제1 수직 커플러(203a)와 서로 이웃한 두 제1 커플러(203)의 제1 수직 커플러(203a)를 수평 방향(x)으로 연결하는 제1 수평 커플러(203b)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 수직 커플러(203a)와 제1 수평 커플러(203b)의 폭은 상이할 수 있다.
또한, 제2 커플러(204)는 제1 수평 커플러(203b)로부터 수직 방향(y)으로 연장된 제2 수직 커플러(204a)와 서로 이웃한 두 제2 커플러(204)의 제2 수직 커플러(204a)를 수평 방향(x)으로 연결하는 제2 수평 커플러(204b)를 포함할 수 있다. 이 때, 제2 수직 커플러(204a)와 제3 수평 커플러(204b)의 폭은 상이할 수 있다.
마찬가지로, 제3 커플러(205)는 제2 수평 커플러(204b)로부터 수직 방향(y)으로 연장된 제3 수직 커플러(205a)와 서로 이웃한 두 제3 커플러(205)의 제3 수직 커플러(205a)를 수평 방향(x)으로 연결하는 제3 수평 커플러(205b)를 포함할 수 있으며, 제3 수평 커플러(205b)에는 비아홀(VH2)에 대응되는 영역이 정의된다. 또한, 제3 수직 커플러(205a)와 제3 수평 커플러(205b)의 폭은 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 제1 급전 선로(102)를 통해 인가된 주파수 신호가 복수의 제2 마이크로스트립 패치(201)로 공급될 수 있도록 각각의 제2 마이크로스트립 패치(201)에 직접적으로 연결되는 제2 급전 선로(202)가 병렬적으로 연결되도록 구성된다.
이 때, 병렬적으로 연결된 제2 급전 선로(202) 및 커플러들로부터 발생하는 기생 커패시터에 의해 높은 주파수에서 안테나의 동작이 어려워질 수 있는 바, 기생 커패시터의 영향을 줄여야 하며, 본원발명에서는 각각의 각각의 제2 마이크로스트립 패치(201)에 직접적으로 연결되는 제2 급전 선로(202)를 병렬적으로 연결하는 커플러에 포함된 수직 커플러와 수평 커플러의 폭을 달리함으로써 기생 커패시터를 줄일 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 패치 안테나는 높은 주파수에서 낮은 소비 전력을 가질 수 있다는 이점이 있으며, 기존의 패치 안테나에 비해 기생 커패시터의 발생에 따른 영향이 적을 수 밖에 없다는 이점이 있다.
도 1에 도시된 패치 안테나 내 패치 어레이(A)의 상면을 투과도로서 나타낸 도 5를 참조하면, 하나의 패치 어레이(A)에 포함된 복수의 제1 마이크로스트립 패치(101)는 십(十)자형의 이격 공간을 형성하도록 가상의 사각형의 모서리에 구비될 수 있다. 이 때, 접착층(200) 상에 배치된 제2 마이크로스트립 패치(201)는 십자형의 이격 공간에 대응하도록 접착층(200) 상에 구비될 수 있다.
예를 들어, 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때, 제1 마이크로스트립 패치(101)는 제2 마이크로스트립 패치(201)의 일부 영역과 중첩되도록 배치될 수 있다. 이 때, 제1 마이크로스트립 패치(101)의 모서리는 제2 마이크로스트립 패치(201)의 모서리와 중첩되도록 배치될 수 있다.
상술한 제1 마이크로스트립 패치(101)와 제2 마이크로스트립 패치(201)의 배치 구조에 따라 제2 마이크로스트립 패치(201)에 유도된 전류에 의해 제1 기판(100)을 향해 방사된 주파수 신호를 이의 모서리와 일부 영역이 중첩되도록 배치된 복수의 제1 마이크로스트립 패치(101)로 커플링 공급되며, 이를 통해 제2 마이크로스트립 패치(201)로부터 방사되는 주파수 신호의 손실률을 줄이는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 패치 어레이(A)의 상면을 투과도로서 나타낸 도 6과 도 6에 도시된 패치 어레이(A)의 하부에 위치하는 접착층의 상면을 나타낸 도 7을 참조하면, 접착층(200)의 상부에는 제2 마이크로스트립 패치(201)와 이격되도록 배치된 적어도 하나의 기생 패치(203)가 추가적으로 배치될 수 있다.
기생 패치(203)는 제2 마이크로스트립 패치(201)과 동일한 동박 등의 도전성 재질을 적절한 형상으로 제작하여 부착할 수 있다.
기생 패치(203)는 제2 마이크로스트립 패치(201)와는 달리 제2 급전 선로(202)로부터 주파수 신호를 직접 인가받지 않는 대신 제2 마이크로스트립 패치(201)로부터 방사되는 주파수 신호를 간접 급전 방식으로 커플링 공급받도록 구성된다.
주파수 신호를 커플링 공급받은 기생 패치(203)는 제2 마이크로스트립 패치(201)와 유사하게 상부를 향해 주파수 신호를 재방사시키며 이에 따라 제1 마이크로스트립 패치(101)로 인가되는 주파수 신호의 손실률을 줄이는 것이 가능하다.
이 경우, 기생 패치(203)는 제2 마이크로스트립 패치(201)로부터 방사되는 주파수 신호의 방사 특성을 더욱 향상시키기 위해 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때, 서로 인접한 두 제1 마이크로스트립 패치(101) 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패치 어레이(A)의 상면을 투과도로서 나타낸 도 8과 도 8에 도시된 패치 어레이(A)의 하부에 위치하는 접착층의 상면을 나타낸 도 9를 참조하면, 제2 마이크로스트립 패치(201)의 모서리는 서로 인접한 두 변을 연결하는 사선 형태를 가지며, 이에 따라 제2 마이크로스트립 패치(201)는 팔각형 형태를 가질 수 있다.
제2 마이크로스트립 패치(201)의 모서리의 형태를 도 8 및 도 9에 도시된 같이 사선 형태로 변형함에 따라 제1 마이크로스트립 패치(101)로 커플링 공급되는 주파수 신호의 절대량을 증가시키는 것이 가능하다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 안테나를 포함하는 안테나 모듈의 개략도로서, 도 10을 참조하면, 제어 모듈을 사이에 두고 상기 제어 모듈의 양측에 서로 나란히 배치된 한 쌍의 패치 안테나를 포함하는 협대역 안테나 모듈이 제공될 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 안테나 모듈의 9.0 GHz에서의 방사 패턴을 나타낸 그래프로서, 도 11을 참조하면, 사이드 로브 레벨이 약 -14dB 수준으로서, 기존에 시판되는 협대역 안테나 모듈의 사이드 로브 레벨이 -5dB ~ -10dB 수준이라는 점을 고려할 때, 상당히 개선된 것을 확인할 수 있다.
아울러, 안테나 모듈의 방사각은 약 10° 수준으로서 우수한 협대역 특성이 확보된 것을 확인할 수 있다.
추가적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 협대역 특성을 더욱 향상시키기 위해 서로 나란히 배치된 한 쌍의 패치 안테나 사이에 배치된 적어도 하나의 보조 패치 안테나를 더 포함할 수 있다.
여기서, 보조 패치 안테나는 상술한 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나와 유사하게 마이크로스트립 스택(MICROSTRIP STACKED) 형태로 구현될 수 있으며, 복수의 패치 어레이를 포함하는 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나와 달리 하나의 패치 어레이만을 포함하도록 마련될 수 있다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 몸체된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 제1 기판 101: 제1 마이크로스트립 패치
102: 제1 급전 선로 200: 접착층
201: 제2 마이크로스트립 패치 202: 제2 급전 선로
203: 기생 패치 300: 제2 기판
301: 접지

Claims (9)

  1. 상부면에 복수의 제1 마이크로스트립 패치를 포함하는 복수의 패치 어레이가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 제1 기판;
    상기 제1 기판의 하부에 위치하며, 상부면에 복수의 제2 마이크로스트립 패치가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 접착층;
    상기 접착층의 하부에 위치하며, 하부면에 접지가 구비된 제2 기판;
    상기 제1 기판의 상부면에 상기 제1 마이크로스트립 패치와 이격되도록 배치되며, 주파수 신호를 공급하도록 구비된 제1 급전 선로;
    상기 접착층의 상부면에 구비되며, 상기 제2 마이크로스트립 패치에 주파수 신호를 공급하는 분지 형태(branch type)의 제2 급전 선로; 및
    상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 급전 선로와 상기 제2 급전 선로를 연결하는 비아홀;
    을 포함하며,
    상기 제2 마이크로스트립 패치는 상기 제1 급전 선로를 통해 인가된 주파수 신호를 방사하여 상기 제1 마이크로스트립 패치로 커플링 공급하는,
    협대역 안테나 모듈용 패치 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때,
    상기 패치 어레이에 포함된 상기 제1 마이크로스트립 패치는 상기 제2 마이크로스트립 패치의 일부 영역과 중첩되도록 배치되는,
    협대역 안테나 모듈용 패치 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패치 어레이에 포함된 상기 제1 마이크로스트립 패치의 모서리는 상기 제2 마이크로스트립 패치의 모서리와 중첩되도록 배치되는,
    협대역 안테나 모듈용 패치 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 마이크로스트립 패치의 모서리는 서로 인접한 두 변을 연결하는 사선 형태인,
    협대역 안테나 모듈용 패치 안테나.
  5. 제2항에 있어서,
    하나의 패치 어레이에 포함된 복수의 제1 마이크로스트립 패치는 십(十)자형의 이격 공간을 형성하도록 가상의 사각형의 모서리에 구비되며,
    상기 접착층 상에 배치된 상기 제2 마이크로스트립 패치는 상기 십자형의 이격 공간에 대응하도록 상기 접착층 상에 구비되는,
    협대역 안테나 모듈용 패치 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착층의 상부에 상기 제2 마이크로스트립 패치와 이격되도록 배치된 적어도 하나의 기생 패치를 더 포함하며,
    상기 기생 패치는 상기 제2 마이크로스트립 패치로부터 방사된 주파수 신호를 상기 제1 마이크로스트립 패치로 커플링 공급하는,
    협대역 안테나 모듈용 패치 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때,
    상기 기생 패치는 상기 패치 어레이 내 서로 인접한 두 제1 마이크로스트립 패치 사이에 배치되는,
    협대역 안테나 모듈용 패치 안테나.
  8. 제어 모듈; 및
    상기 제어 모듈을 사이에 두고 상기 제어 모듈의 양측에 서로 나란히 배치된 한 쌍의 패치 안테나;를 포함하되,
    상기 패치 안테나는,
    상부면에 복수의 제1 마이크로스트립 패치를 포함하는 복수의 패치 어레이가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 제1 기판;
    상기 제1 기판의 하부에 위치하며, 상부면에 복수의 제2 마이크로스트립 패치가 수평 방향을 따라 병렬로 배치된 접착층;
    상기 접착층의 하부에 위치하며, 하부면에 접지가 구비된 제2 기판;
    상기 제1 기판의 상부면에 상기 제1 마이크로스트립 패치와 이격되도록 배치되며, 주파수 신호를 공급하도록 구비된 제1 급전 선로;
    상기 접착층의 상부면에 구비되며, 상기 제2 마이크로스트립 패치에 주파수 신호를 공급하는 분지 형태(branch type)의 제2 급전 선로; 및
    상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 급전 선로와 상기 제2 급전 선로를 연결하는 비아홀;
    을 포함하며,
    상기 제2 마이크로스트립 패치는 상기 제1 급전 선로를 통해 인가된 주파수 신호를 방사하여 상기 제1 마이크로스트립 패치로 커플링 공급하도록 구비되며,
    상기 제1 급전 선로는 상기 제어 모듈과 연결되는,
    협대역 안테나 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    서로 나란히 배치된 한 쌍의 패치 안테나 사이에 배치된 적어도 하나의 보조 패치 안테나를 더 포함하는,
    협대역 안테나 모듈.
KR1020160033665A 2016-02-11 2016-03-21 협대역 안테나 모듈용 패치 안테나 및 이를 포함하는 협대역 안테나 모듈 KR102070402B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102230677B1 (ko) * 2019-11-25 2021-03-19 동우 화인켐 주식회사 안테나 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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