KR102100626B1 - 광대역 cpw 급전 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광대역 CPW 급전 안테나에 관한 것이다. 본 발명은 유전체 기판, 상기 기판 상부에 구성되는 꽃 형상의 방사 패치, 상기 기판 상부에 구성되는 접지면을 포함하고, 상기 방사 패치는 꽃잎 형상의 제1 방사부, 일 단부가 상기 제1 방사부에 연결된 줄기 형상의 제2 방사부, 잎 형상의 패치와 직선 패치를 포함하는 집게발 형상의 패치 한 쌍을 포함하는 제3 방사부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 안테나는 광대역 특성을 나타내면서도 작은 크기를 가질 수 있다.

Description

광대역 CPW 급전 안테나{WIDEBAND COPLANER WAVEGUIDE-FED ANTENNAS}

본 발명은 광대역 CPW 급전 안테나에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고속 데이터 전송용 광대역 CPW 급전 안테나 장치에 관한 것이다.

무선 통신 시스템에 있어서 데이터의 고속 전송 및 단거리 실내 통신을 위해서는 광대역 기술이 필요하다. 즉, 무선 통신 시스템에서 중요한 요소인 안테나 설계에 있어서 대역폭 향상과 크기 축소는 항상 주요한 고려사항이 된다.

한편, 기생소자 안테나(Parasitic Element Antennas:PEAs)는 통신 시스템에 널리 사용된다. 기생소자 안테나는 공진 주파수와 다른 방사 특성에 있어서 상당한 잠재력을 보여준다(선행문헌 1).

종래에 기생소자를 이용하여 광대역을 제공하는 안테나로 분할 링 공진기(Split Ring Resonators) 형태의 프랙탈 안테나가 개시된 바 있다(선행문헌 2). 선행문헌 2는 슬롯 원형 패치를 반복하여 프랙탈 기하학 디자인을 완성하였다. 이 안테나는 기생소자를 이용하여 8.5GHz에서 150MHz의 대역폭 증가를 보였고, 각 공진시 평균 200MHz의 대역폭을 제공한다.

이와 유사하게 선행문헌 3은 단층 원형 편파(Circular Polarized) 이중 대역 안테나를 제안하고 있다. 선행문헌 3에서 초승달 모양의 기생소자가 없는 안테나는 2.4GHz와 5.2GHz에서 공진을 일으켰는데, 초승달 모양의 기생소자로인해 5.2GHz의 대역폭이 5.8GHz까지 확장되었다. 선행문헌 2에 개시된 안테나는 대역폭이 충분히 크지만 안테나 크기가

로 크다는 단점이 있다.

선행문헌 1: C. J. Panagamuwa, A. Chauraya, and J. C. Vardaxoglou, "Frequency and beam reconfigurable antenna using photoconducting switches," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 54, no. 2, pp. 449-454, Feb. 2006. 선행문헌 2: V. Sharma, N. Lakwar, N. Kumar, and T. Garg, "Multiband low-cost fractal antenna based on parasitic split ring resonators," IET Microwaves, Antennas and Propagation, vol. 12, no. 6, pp. 913-919, 2017. 선행문헌 3: L. Ge, C. Y. D. Sim, H. L. Su, J. Y. Lu, and C. Ku, "Single-layer dual-broadband circularly polarised annular-slot antenna for WLAN applications," IET Microwaves, Antennas and Propagation, vol. 12, no.1, pp. 99-107, 2017. 선행문헌 4: W. J. Yang, Y. M. Pan, and S. Y. Zheng, "A low-profile wideband circularly polarized crossed-dipole antenna with wide axial-ratio and gain beamwidths," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, April. 2018. 선행문헌 5: X. Li, Y. C. Jiao, and L. Zhang, "Wideband low-profile CPW-fed slotloop antenna using an artificial magnetic conductor," Electronics Letters, vol. 54, no. 11, pp. 673-674, 2018. 선행문헌 6: K. Ding, Y. X. Guo, and C. Gao, "CPW-fed wideband circularly polarized printed monopole antenna with open loop and asymmetric ground plane," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.16, pp. 833-836, 2017. 선행문헌 7: M. O. Sallam, S. M. Kandil, V. Volski, G. A. E. Vandenbosch, and E. A. Soliman, "Wideband CPW-fed flexible bow-tie slot antenna for WLAN/WiMax systems," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 65, no. 8, pp. 4274-4277, August. 2017. 선행문헌 8: R. K. Saini, S. Dwari, and M. K. Mandal, "CPW-fed dual-band dualsense circularly polarized monopole antenna," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 16, pp. 2497-2500, 2017.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광대역 특성을 나타내면서도 작은 크기를 갖는 안테나를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한 본 발명은 안테나를 구부리더라도 전반적인 성능에 영향을 받지 않는 유연한 안테나 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 유전체 기판, 상기 기판 상부에 구성되는 꽃 형상의 방사 패치, 상기 기판 상부에 구성되는 접지면을 포함하고, 상기 방사 패치는 꽃잎 형상의 제1 방사부, 일 단부가 상기 제1 방사부에 연결된 줄기 형상의 제2 방사부, 잎 형상의 패치와 직선 패치를 포함하는 집게발 형상의 패치 한 쌍을 포함하는 제3 방사부를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 본 발명의 제1 방사부는 원형 패치에 복수 개의 오목한 홈이 형성되어 전체로서 십자 형상을 갖는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 제2 방사부는 상기 제1 방사부에서 연장된 직선 패치인 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 제3 방사부에 있어서 상기 가지 형태의 패치 한 쌍은 상기 제2 방사부를 중심으로 대칭적으로 배치되며 상기 직선 패치의 일단은 상기 제2 방사부의 중간 영역에서 연결되고 타단은 상기 잎 형상의 패치에 연결되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 원형 기생 소자는 상기 제2 방사부와 상기 제3 방사부의 연결부에 대응되는 위치에 배치되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 구성 요소들은 생체 적합성 물질로 형성되는 것을 다른 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 안테나는 광대역 특성을 나타내면서도 작은 크기를 가질 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 물리적인 힘을 가해 안테나를 구부리더라도 전반적인 성능에 영향을 받지 않는 플렉서블한 안테나 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 정면도를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 배면도를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 측면도를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 플렉서블한 특성을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 반사 계수를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 방사 이득 패턴을 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 표면 전류 분포를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나에 포함된 기생소자의 효과를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나가 구부러진 경우의 반사 계수를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나가 구부러진 경우의 방사 이득 패턴을 설명하기 위한 도면이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용되며, 명세서 및 특허청구의 범위에 기재된 모든 조합은 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 그리고 다른 식으로 규정하지 않는 한, 단수에 대한 언급은 하나 이상을 포함할 수 있고, 단수 표현에 대한 언급은 또한 복수 표현을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 정면도를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나(이하, 설명의 편의를 위해‘안테나’라 함)는 유전체 기판(50), 방사 패치(100), 원형 기생 소자(200) 및 접지면(300)을 포함할 수 있다.

유전체 기판(50)은 얇은 두께의 기판으로, 생체 적합성 물질이면서도 플렉서블한 특성을 제공하는 폴리아미드(Polyamide)가 사용될 수 있다.

방사 패치(100)는 기판 상부에 구성되는 것으로, 전도성 물질로 형성된다. 방사 패치(100)는 꽃 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로 방사 패치(100)는 형태의 특징에 따라 4개의 방사부로 구분할 수 있다. 방사 패치(100)는 제1 방사부(110), 제2 방사부(130), 제3 방사부(150)를 포함할 수 있다.

제1 방사부(110)는 꽃잎 형상의 패치로, 원형 패치에 복수 개의 오목한 홈이 형성되어 전체로서 십자형의 꽃잎 형상을 갖는 패치일 수 있다. 여기서 십자형이란 직선 십자가 아닌 십자의 각 끝이 곡선으로 이루어진 켈트형 십자 형상을 의미하는 것일 수 있다.

제1 방사부(110)의 최상단은 기판(50) 끝에서 a1 만큼 떨어진 위치에 배치될 수 있으며, 제1 방사부(110)의 원형 패치는 상단 좌우에 제1 홈(111) 및 제2 홈(113)을 포함하고, 하단 좌우에 제3 홈(115) 및 제4홈(117)을 포함할 수 있다. 이 때 제1, 2홈의 깊이(a2)는 제3, 4 홈의 깊이(a4)와는 상이할 수 있다. 본 명세서에서 깊이는 홈이 파인 정도를 의미하는 것으로, 홈이 파이기 전 원형 패치의 원호를 이루는 점들과 홈으로 인해 생긴 내측 곡선 상의 점들 중에서 가장 먼 두 점 사이의 거리로 정의할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서 a1=0.5mm, a2=2.5mm, 원형 패치의 지름인 a3=6.5mm, a4=1.8mm일 수 있다.

제2 방사부(130)는 제1 방사부(110)에서 연장된 직선 패치로, 일 단부가 상기 제1 방사부에 연결되며 줄기 형상을 갖는다. 제2 방사부(130)의 일단은 제1 방사부(110)에 연결되며, 타단은 CPW 급전라인(미도시)과 연결될 수 있다.

제2 방사부(130)의 전체 길이는 b2, 너비는 b3로, 제1 방사부(110)와 제2 방사부(130)의 연결부에서 b1 만큼 떨어진 지점에서 제3 방사부(150)의 일단이 제2 방사부(130)와 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에서 b1=6.58mm, b2=14.5mm, b3=2mm일 수 있다. 이로 인해 제2 방사부(130)와 제3 방사부(150)는 줄기에서 가지가 뻗어져 나온 형상을 가질 수 있다.

제3 방사부(150)는 잎 형상의 패치와 직선 패치를 포함하는 가지 형태의 패치 한 쌍(150A, 150B)을 포함한다. 가지 형태의 패치 한 쌍은 제2 방사부(130)를 중심으로 대칭적으로 배치되며, 직선 패치의 일단은 상기 제2 방사부의 중간 영역의 일 지점에 기 설정된 각도로 연결되고 타단은 잎 형상의 패치에 연결될 수 있다.

잎 형상의 패치는 집게발 형상으로도 볼 수 있으며, 원형 패치에서 삼각형(또는 부채꼴)이 잘려나간 형상을 하고 있다. 이 때 잘려나간 삼각형의 한 변의 길이(c1)는 3.3mm, 잎 형상의 패치의 전체 지름(c2)은 4.5mm일 수 있다.

직선 패치의 길이(c3)은 3.65mm일 수 있으며, 직선 패치는 기 설정된 각도로 제2 방사부(140)의 중간 영역에서 연결되므로, 직선 패치의 제2 방사부(140) 연결 단부는 직각 단부가 아닌 사선 단부 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 직선 패치는 약 50°의 각도로 제2 방사부(130)에 연결되어, 연결 단부를 끊어서 보면 사선 형태를 갖는다.

접지면(300)은 기판 상부에 구성되는 것으로, 제2 방사부를 중심으로 대칭적으로 배치된 계단 형상의 도전성 물질 한 쌍(300A, 300B)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나는 CPW(Coplanar Waveguide) 급전 안테나이므로 그 특성상 선로와 평행한 면의 일정 거리에 접지면이 존재한다. 따라서 본 발명의 안테나는 신호선과 접지가 같은 면에 존재하기 때문에, 표면에 실장되는 소자들이 전부 위쪽 면에서 깨끗하게 마운팅 될 수 있는 CPW 구조의 장점을 갖는다. 이는 단순한 공정상의 이점 뿐 아니라 비아(via)에 의한 기생효과를 줄일 수 있고, shunt 소자들을 간편하게 배치할 수 있다는 장점을 갖는다.

본 발명 안테나의 접지면(300)은 독특한 형상을 갖는데, 계단 형상의 도전성 물질이 대칭적으로 배치되어 있다는 점이다. 계단 형상의 도전성 물질은 상이한 너비(d1, d2, d3)를 갖는 복수의 직사각형이 한 변을 따라 적층된 형태로 구성되며, 한 변은 제2 방사부와 평행을 이루는 것을 특징으로 한다. 적층된 복수의 직사각형이 이루는 한 변의 길이는 d5이고, 적층되는 2개의 직사각형의 높이가 d4라고 할 때, d4는 2.5mm, d5는 6mm로 설정될 수 있으며, d1=3mm, d2=4.4mm, d3=8mm로 설정될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 배면도를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나는 기판 하부에 원형 기생 소자(200)을 포함할 수 있다. 여기서 기판(50) 하부는 기판(50)의 배면을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 원형 기생 소자(200)는 제2 방사부(130)와 제3 방사부(150)의 연결부에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 즉, 원형 기생 소자(200)가 기판 하부의 일 지점에 부착되어 있을 때, 해당 지점의 기판 상부에는 제2 방사부(130)와 제3 방사부(150)가 위치하는 것으로 이해될 수 있다.

원형 기생 소자(200)은 5.5mm의 지름을 가질 수 있으며, 기판 하부 에지까지의 하부 에지 거리 d =6.57mm일 수 있다. 안테나의 기판에는 비유전율(

), 탄젠트 손실(

) 및 두께가 각각 4.3, 0.004, 0.025mm인 플렉서블하고 생체 적합한 폴리아미드가 재료로 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나의 부피는

로 매우 컴팩트한 부피를 가질 수 있다. 이와 같은 안테나 사이즈 감소에는 꽃 모양형상의 방사패치, CPW 접지면 등이 영향을 미친다. 가지 형상의 패치들(150A, 150B)은 50Ω의 마이크로스트립 라인에 50°의 각도로 연결될 수 있다. 두 개의 가지 형상의 패치들(150A, 150B)은 튜닝과 임피던스 매칭을 돕는다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 플렉서블한 특성을 나타낸다. 도 4는 원형 기생 소자(200)가 있는 경우의 일 실시 예에 따른 안테나(안테나 2)의 프로토타입을 구부린 것으로, 본 발명의 안테나가 좌우, 상하로 구부려도 훼손되지 않음을 보여준다. 도 9 내지 도 10에도 도시되어 있으나, 본 발명의 안테나는 구부리더라도 큰 성능 열화 없이 광대역의 방사 특성을 나타내는 것으로 나타났다.

도 5를 참조하면, 도 5는 원형 기생 소자(200)가 없는 경우의 일 실시 예(안테나 1)와 원형 기생 소자(200)가 있는 경우의 일 실시 예(안테나 2)의 반사 계수를 비교하여 도시한 도면이다. 안테나 1은 2.5GHz WiMAX 대역에서 484MHz (3.3-3.784GHz)의 -10dB 대역폭으로 공진을 생성하였다(S11 <-25dB).

안테나 2의 -10dB 대역폭은 각각 2860MHz(3.43-6.29GHz)와 2820MHz (3.44-6.26GHz)이며 두 개의 WiMAX 대역(3.3-3.8 및 5.1-5.8GHz)을 포함한다. 도 5의 실험 결과에 의하면 기생 소자(200)은 두 가지 주요 이점을 제공한다.

첫째는 3.5GHz에서 안테나 1에 의해 생성된 초기 공진 모드의 대역폭이 2376MHz까지 확장된다는 것이다. 이는 원형 기생 소자(200)을 포함하는 CPW-급전 꽃 모양의 방사 패치에 의해 생성된 커패시턴스가 꽃 모양의 방사 패치에 의해 생성된 인덕턴스의 일부를 억제할 수 있기 때문일 수 있다. 둘째로 5.82GHz에서 또 다른 공진 모드가 발생할 수 있다. 따라서 이 두 모드의 결합 후 더 넓은 임피던스 대역폭이 생성될 수 있다.

3.5GHz, 5.2GHz 및 5.8GHz에서의 안테나 2의 2D 극좌표 이득 패턴이 도 6에 개시되어 있다. 도 6을 참조하면, 방사 패턴은 다양한 주파수에서 시뮬레이션되고 측정된될 수 있다. 시뮬레이션 결과에 의하면 안테나 1은 3.5GHz에서 1.88dBi의 이득을 보여준다. 비슷하게, 안테나 2는 3.43GHz에서 6.29GHz로 이동하는 동안 1.99에서 3.7dBi의 범위에서 시뮬레이션된 이득값을 나타낸다. 안테나 2의 시뮬레이션된 이득 값은 3.5GHz, 5.2GHz 및 5.8GHz에서 각각 2.01, 2.81 및 3.28dBi이다. 유사하게 3.5GHz, 5.2GHz 및 5.8GHz에서 측정된 피크 이득은 각각 2.91, 2.94, 3.38dBi로 측정되었다. 즉, 대역폭 증가와 별도로 기생 소자는 3.5GHz에서의 이득을 향상시켰다. 또한, 패턴 형상은 E 평면에서 양방향이며, H평면에서는 거의 전 방향성을 나타낸다. 안테나 2와 최근에 개시된 다른 안테나들과의 성능 비교는 다음 표에 요약되어 있다.

구분	안테나 타입	기생소자 포함여부	체적( )	대역폭	피크이득 (dBi)	방사 효율 (%)
선행문헌4	다이폴	포함	204	1140MHz(0.89-20.3GHz)	4.5	-
선행기술5	CPW-급전	불포함	3528	2340MHZ(5.01-7.35GHz)	6.85	-
선행기술6	CPW-급전	포함	2750	2760MHz(1.48-4.24GHz)	3.5	-
선행기술7	CPW-급전	불포함	960	1790MHz(2.21-4GHz)	6.20	>97
선행기술8	CPW-급전	포함	7560	2020MHz(1.81-3.83GHz)	2.5	>90
본 발명 (안테나 2)	CPW-급전	포함	14	2860MHZ(3.43-6.29GHz)	3.7	>98

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 2는 선행기술 4 내지 8과 비교할 때 가장 높은 대역폭을 가지며, 피크 이득은 선행기술 4, 7, 8 보다 높다. 표 1에서 확인할 수 있듯이, 안테나 2는 선행기술들에 비해 부피가 현저하게 줄어들었음에도 불구하고 두드러진 성능을 제공한다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나의 표면 전류 분포를 도시한 도면이다. 세 주파수(3.5, 5.2, 5.8GHz)에서의 표면 전류 동작은 도 7에 도시된 바와 같다. 3.5GHz에서 표면 전류 밀도는 마이크로스트립 라인(제2 방사부), 브랜치 스트립(제3 방사부), 기생 소자, 그리고 마이크로스트립 라인과 연결된 꽃 모양의 하부(제1 방사부의 하단)에서 최대이다. 따라서 3.5GHz에서는 전술한 구성들의 기여가 지배적이다. 유사하게 5.2GHz에서, 전류는 제3 방사부의 잎 형태의 패치(삼각형 형태로 잘라진 가지 끝의 원형 방사 패치) 및 꽃잎 형상의 제1 방사부 등 방사패치의 상부와 원형 기생 소자에 주로 집중된다. 5.8GHz에서 강한 전류는 마이크로스트립 라인(제2 방사부)의 아래쪽 절반과 브랜치 스트립(제3 방사부), 그리고 원형 기생 소자의 하단에 나타난다. 나아가 세 주파수 모두에서 CPW 접지면의 엣지에 중간 강도의 전류가 감지되는 것을 확인할 수 있다.

이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나에 포함된 기생 소자(200)의 효과를 살펴본다.

도 8의 (a)에는 기생 소자(200)의 지름에 따른 반사 계수의 변화가 도시되어 있으며, (b)에는 기생 소자(200)의 위치에 따른 반사 계수의 변화가 도시되어 있다. 실험 결과, 2.5에서 5.75mm까지 다양한 크기의 지름 중에서 3.43에서 6.29GHz 사이의 주파수를 가장 잘 커버하기 위한 원형 기생 소자(200)의 지름은 5.5mm인 것으로 나타났다. 지름을 줄이면 대역 저지 능력이 나타났다. 예를 들어, 지름이 4.5mm일 때, 4.3549-5.2705 GHz에서 915.6MHz의 대역이 억제될 수 있다. 또한 안테나의 동작 주파수에서 기생 소자(200)의 지름의 감소와 증가로 인해 주파수 스펙트럼이 왼쪽과 오른쪽으로 약간씩 이동하는 현상이 관찰되었다. 따라서 지름은 기생 소자(200)을 포함하는 안테나의 주파수 튜닝 파라미터로 이용될 수 있다.

지름이 4.5mm 일 때, 안테나는 각각 하부 및 상부 공진 대역에서 1020 MHz (3.33-4.35 GHz) 와 740 MHz (5.27-6.01 GHz)의 대역폭을 갖는 이중 대역 안테나로 동작할 수 있다.

안테나 위치(d)에 의한 영향은 도 8(b)에 도시되어 있다. 도 8(b)를 참조하면, 실험 결과 d=6.57~11.57mm에서 3.42-6.29GHz 범위의 주파수를 적절히 커버하기 위한 최적의 위치(d)는 d=6.57mm인 것으로 나타났다. d=11.57mm일 때, 총 1450MHz (4.1-5.55 GHz)의 대역이 중지될 수 있다. 나아가 d가 증가함으로 인해, 작지만 동작 주파수가 주파수 스펙트럼의 우측으로 약간 이동하였다. d=11.57mm 에서 안테나는 500MHz와 850MHz의 대역폭을 갖는 2개의 공진을 생성하는 것으로 나타났다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광대역 CPW 급전 안테나가 구부러진 경우의 반사 계수를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나는 유연성 있는 재료를 사용하여 유연한 특성을 갖는다. 유연한 안테나의 사용 가능성을 확인하기 위해서는 구부러진 상태에서의 성능 평가가 필요하다. 따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나를 오목한 방향과 볼록한 방향으로 구부린 후 반사 계수(S11) 및 방사 패턴을 측정함으로써 그 성능을 검증하였다. 검증에는 반경이 R1=25mm인 원통형 폼이 사용되었다.

편평한 상태에서의 안테나 2(기생소자가 포함된 안테나) 및 구부러진(R1=25mm, R2=45mm, R3=78mm)상태 에서의 안테나 2의 측정 결과가 도 9에 도시되어 있다. 각 설정에서 낮은 주파수로 동작 주파수가 조금씩 변하는 것을 제외하면, 반사 계수(S11)에는 특별한 변화가 없다. 두 구부러진 설정 모두 굴곡 반경이 감소함에 따라 주파수의 변화가 증가한다. 최악의 구부러진 조건(25mm 반경)에서 측정된 대역폭은 각각 오목 및 볼록 형상의 경우 3220MHz(3.19-6.41GHz) 및 3030MHz(3.33-6.36GHz)이다. 유사하게, 도 10은 상이한 조건에서의 시뮬레이션 및 측정된 방사 패턴을 나타내고 있다. 서로 다른 설정에서의 안테나 2의 시뮬레이션 및 측정된 피크 이득 비교 표는 다음 표와 같다.

설정	방향	주파수	피크 이득(dBi)
			시뮬레이션 결과(Simulated)			측정값
			구부러진 반경(Bent radius)			플랫(Flat)
			R1	R2	R3
구부러짐 (bent)	오목	3.5GHz	1.79	1.86	1.88	-
		5.2GHz	2.37	2.39	2.41	-
		5.8GHz	2.56	2.55	2.6	-
	볼록	3.5GHz	1.92	1.89	1.88	-
		5.2GHz	2.47	2.41	2.37	-
		5.8GHz	2.68	2.62	2.56	-
구부리지 않음(unbent)	직선	3.5GHz	-	-	-	2.91
		5.2GHz	-	-	-	2.94
		5.8GHz	-	-	-	3.38

본 발명의 일 실시 예에 따른 꽃 형상의 방사패치를 포함하는 CPW 급전 안테나는 작고 유연한 특성을 가지며, WiMAX 애플리케이션 용으로 사용 가능하다. 본 발명의 안테나 중 제2 실시 예에 따른 안테나 2의 경우 기생 소자의 사용을 통해 대역폭을 2376MHz까지 향상시켰으며, 안테나 2는 충분한 성능 파라미터를 제공하면서도 매우 적은 체적을 갖는다. 또한 기생 소자의 반경과 위치 조정을 통해 안테나 2에 밴드 노치 특성을 도입할 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 의한 안테나는 오목하거나 볼록하게 구부러뜨린 경우에도 전반적인 성능에 영향을 받지 않는 것으로 확인된 바, 시각적인 매력을 가지면서도 뛰어난 성능 매개 변수를 제공할 수 있다는 점에서 종래 기술 대비 현저히 개선된 효과를 갖는다. 본 명세서에서 생략된 일부 실시 예는 그 실시 주체가 동일한 경우 동일하게 적용 가능하다. 또한, 전술한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

50: 유전체 기판
100: 방사패치
200: 기생 소자
300: 접지면

Claims (8)

1. 유전체 기판;
   상기 기판 상부에 구성되는 꽃 형상의 방사 패치;
   상기 기판 상부에 구성되는 접지면;
   상기 방사 패치는
   원형 패치에 복수 개의 오목한 홈이 형성되어 전체로서 십자형의 꽃잎 형상을 갖는 제1 방사부;
   일 단부가 상기 제1 방사부에 연결된 줄기 형상의 제2 방사부;
   잎 형상의 패치와 직선 패치를 포함하는 가지 형상의 패치 한 쌍을 포함하는 제3 방사부를 포함하는 광대역 CPW 급전 안테나.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판 하부에 구성되는 원형 기생 소자를 더 포함하는 광대역 CPW 급전 안테나.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제3 방사부는
   상기 가지 형태의 패치 한 쌍은 상기 제2 방사부를 중심으로 대칭적으로 배치되며,
   상기 직선 패치의 일단은 상기 제2 방사부의 중간 영역에 기 설정된 각도로 연결되고 타단은 상기 잎 형상의 패치에 연결되는 광대역 CPW 급전 안테나.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 접지면은
   상기 제2 방사부를 중심으로 대칭적으로 배치된 계단 형상의 도전성 물질 한 쌍을 포함하는 광대역 CPW 급전 안테나.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 계단 형상의 도전성 물질은
   복수의 직사각형이 한 변을 따라 적층된 형태로 구성되며, 상기 한 변은 상기 제2 방사부와 평행을 이루는 광대역 CPW 급전 안테나.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 원형 기생 소자는 상기 제2 방사부와 상기 제3 방사부의 연결부에 대응되는 위치에 배치되는 광대역 CPW 급전 안테나.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판은 생체 적합성 물질로 형성되는 광대역 CPW 급전 안테나.
   
8. 삭제

Images