KR102100630B1 - 밀리미터파 안테나 어레이 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀리미터파 안테나 어레이 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 안테나 어레이 시스템에 있어서, 유전체 기판, 상기 기판 상부에 형성되는 복수의 안테나 소자, 상기 기판 하부에 형성되며, 복수의 ‘ㄹ’ 형상 슬롯을 포함하는 접지면을 포함하는 것을 일 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 밀리미터파 MIMO 시스템의 어레이 요소 간에 발생하는 커플링을 감소시킬 수 있다.

Description

밀리미터파 안테나 어레이 시스템{MILLIMETER WAVE ANTENNA ARRAY SYSTEM}

본 발명은 밀리미터파 안테나 어레이 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 커플링 감소를 위한 전자기 밴드 갭(EBG)을 포함하는 밀리미터파 안테나 어레이 시스템에 관한 것이다.

어레이 안테나 시스템은 4G 및 5G 무선 통신 네트워크 장치에서 지난 수십년 동안 MIMO (multiple-input multiple-output) 애플리케이션의 이득 및 효율 향상을 위해 사용되어 왔다. 안테나 어레이는 MIMO 시스템에서 빠른 데이터 속도를 얻기 위해 사용된다.

MIMO 시스템의 성능 메트릭의 대부분은 포트 간의 커플링에 의해 결정되는데, 높은 효율을 보장하기 위해서는 커플링이 낮은 값으로 유지되어야 한다. 따라서 MIMO 시스템에서는 상관 계수(Correlation coefficient)가 매우 중요한 지표라고 할 수 있다.

한편, SAR(Specific Absorption Rate) 감소를 위한 메타 물질에 대한 전자기 밴드갭(EBG) 구조의 응용 가능성에 대한 관심이 높아지고 있다. EBG 구조는 그 주기적인 구조로 인해 넓은 주파수 대역에서 전자기파를 흡수한다. PBG(Photonic Band Gap) 현상에 기반을 둔 EBG는 선행문헌 1에서 주기 구조를 사용하여 제안되었으며, 선행문헌 2에 의하면 EBG는 지향성, 이득 및 다중 대역 동작과 같은 안테나 성능을 향상시키는 것으로 알려져 있다.

선행문헌 3은 병렬 결합 라인 공진기(PCRs)를 사용하여 마이크로 스트립 패치 안테나 어레이의 커플링을 감소시키며, 단일 평면 소형 EBG를 사용하여 안테나 이득을 높이는 기술을 제안한 바 있다.

선행문헌 1: D. Sievenpiper, L. Zhang, R. F. J. Broas, N. G. Alexopoulos and E. Yablonovitch, "High-impedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band," IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 47, pp.2059-2074, Nov. 1999. 선행문헌 2: G. K. Palikaras, A. P. Feresidis and C. G. Parini, "Advances in Conformal Metamaterial Antennas Using High Impedance (HIS) and Electromagnetic Bandgap (EBG) Surfaces," in Proc. EuCAP, pp. 3466-3469, 2011. 선행문헌 3: K. S. Vishvaksenan, K. Mithra, R. Kalaiarasan, K. R. Raj, "Mutual coupling reduction in microstrip patch antenna arrays using parallel coupled-line resonators, "IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol.16, pp. 2146-2149, May 2017.

본 발명은 밀리미터파 MIMO 시스템의 어레이 요소 간에 발생하는 커플링을 감소시키는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고속 밀리미터파 통신 시스템에서 유용하게 사용될 수 있는 개선된 안테나 어레이 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 안테나 어레이 시스템에 있어서, 유전체 기판, 상기 기판 상부에 형성되는 복수의 안테나 소자, 상기 기판 하부에 형성되며, 상기 안테나 소자에 대응되는 복수의 ‘ㄹ’ 형상 슬롯을 포함하는 접지면을 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

또한 본 발명은 안테나 어레이 시스템에 있어서, 상기 기판 상부에 형성되며, 상기 복수의 안테나 소자 사이에 배치된 전자기 밴드갭(EBG) 세트를 더 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전자기 밴드갭 세트는 복수의 정사각형 EBG 셀을 포함하며, 상기 기판 상부에서 상기 안테나 소자를 제외한 전 영역에 배치되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전자기 밴드갭 세트는 복수의 십자형 EBG 셀을 포함하며, 상기 기판 상부에서 상기 안테나 소자를 제외한 전 영역에 배치되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 전자기 밴드갭 세트는 복수의 복합 슬롯형 EBG 셀을 포함하며, 상기 기판의 중앙에 배치되어 상기 복수의 안테나 소자를 두 그룹으로 공간적으로 분리하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 복합 슬롯형 EBG 셀은 두 개의 세로 패치, 상기 세로 패치를 연결하는 가로 패치 및 각 세로 패치의 외측으로 돌출된 팔 형태의 패치를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 ‘ㄹ’ 형상 슬롯은 상기 복수의 안테나 소자 각각에 상응하는 위치에 형성되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 ‘ㄹ’ 형상 슬롯은 상기 슬롯의 중간 장축이 상기 안테나 소자의 중앙부를 통과하도록 배치되는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 안테나 소자는 에지-급전 패치 안테나인 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명의 안테나 소자는 주 방사체, 각 전송라인의 끝에 형성된 에지 공급 포트를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 밀리미터파 MIMO 시스템의 어레이 요소 간에 발생하는 커플링을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 고속 밀리미터파 통신 시스템에서 유용하게 사용될 수 있는 개선된 안테나 어레이 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 어레이 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 어레이 시스템의 전송 계수를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정사각형 EBG 세트를 포함하는 안테나 어레이 시스템을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EBG 세트를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 EBG 셀의 형상을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정사각형 EBG 세트를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 십자형 EBG 세트를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 슬롯형 EBG 세트를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 슬롯형 EBG 세트를 포함하는 안테나 어레이 시스템을 도시한 도면
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 어레이 시스템의 반사 계수를 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 어레이 시스템의 전송 계수를 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 4-소자 어레이 안테나 시스템의 이득을 비교한 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 4-소자 어레이 안테나의 56GHz에서 64GHz 범위의 대역폭에서의 이득을 도시한 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 안테나 어레이 시스템을 도시한 도면이다.

본 발명의 안테나 어레이 시스템(100)은 유전체 기판(30), 상기 기판 상부에 형성된 복수의 안테나 소자(50), 기판 하부에 형성되는 접지면(70)을 포함할 수 있다. 안테나 어레이 시스템(100)에서 복수의 안테나 소자(50)은 이득을 향상시키거나 채널 용량을 증가시킨다. MIMO 애플리케이션은 페이딩 채널의 손실을 피할 수 있는 신호 송수신을 위해 더 많은 안테나를 필요로 한다. 본 발명의 일 실시 예에서 복수의 안테나 소자(50)로는 단순하고 전통적인 에지 급전 패치 안테나가 사용될 수 있으며, 에지-급전 패치 안테나의 사용으로 제작의 복잡성이 최소화될 수 있다.

도 1에 도시된 안테나 어레이 시스템(100)은 4개의 안테나 소자(50)을 포함한다. 도 1의 실시 예에서 각각의 안테나 소자(50)은 주 방사체(53)과 각 전송라인(54)의 끝에 위치한 에지 공급 포트(55)를 포함할 수 있다.

유전체 기판(30)으로는 Rogers ULTRALAM 기판이 사용될 수 있으며, 유전체 기판(30)의 유전상수

는 2~4의 범위를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 만약 2.9의 유전 상수를 갖는 유전체 기판(30)을 사용하는 경우, 저렴한 비용으로 생산 가능하다는 장점이 있다.

단일 요소 안테나 소자(50)의 크기는

일 수 있으며, 접지면(70)을 포함한 안테나 어레이 시스템(100) 전체의 크기는

로 매우 컴팩트한 크기를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 주 방사체(53)의 가로 길이(너비)는 1.335mm, 세로 길이은 1.8mm 설계될 수 있으며, 전송 라인(54)의 길이는 1mm, 주 방사체(53)와 전송 라인(54)의 연결부는 0.2mm, 에지 공급 포트(55)의 폭은 0.2mm로 설계될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 어레이의 반사 계수(S11, S22, S33, S44)는 도 2에 도시된 바와 같이 60 GHz, 57 내지 63 GHz에서 8.2 dBi의 비교적 높은 이득으로 비인가 대역 전체를 커버할 수 있다. 각 안테나 소자(50)의 반사 계수는 60GHz의 안테나 동작 주파수와 일치하며, 동작 주파수에서 -45dB로 개선된 매칭을 제공한다.

다른 포트들 사이의 전송 계수(S12)의 시뮬레이션 결과는 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 2개의 포트 사이의 전송 계수가 -22dB로 나타나며, 이는 2개의 포트에 대한 허용 한계를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. S13 및 S14는 안테나 소자 사이의 거리가 더 멀기 때문에 낮은 값을 가질 수 있다.

접지면(70)은 기판 하부에 형성되며, 상기 안테나 소자에 대응되는 복수의 ‘ㄹ’형상 슬롯(73)을 포함할 수 있다. 접지면(70)에 포함되는 ‘ㄹ’ 형상 슬롯(73)은 상기 복수의 안테나 각각에 상응하는 위치에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, ‘ㄹ’ 형상 슬롯은 슬롯의 중간 장축이 상기 안테나 소자(50) 중앙부를 통과하도록 배치될 수 있다. 슬롯을 포함한 접지면(70)은 피드와 공진기를 정합시키기 위해 사용된다.

‘ㄹ’ 형상의 슬롯(73)은 세 개의 장축과 두 개의 단축이 결합한 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 장축의 길이는 3mm, 단축의 길이는 1mm, 장축의 폭은 0.3mm 일 수 있다.

전술한 본 발명의 안테나 어레이는 회로와 안테나의 크기가 작고, 60GHz에서 동작하기 때문에 신호의 분리 수준을 개선할 필요가 있다. 따라서 도 3 내지 도 13을 참조하여, 커플링을 감소시킬 수 있는 격리(isolation) 기술이 사용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 어레이 시스템은 전자기 밴드갭(EBG) 세트(90)을 더 포함할 수 있다.

EBG 세트(90)은 기판(30) 상부에 형성되며, 복수의 안테나 소자(50) 사이에 배치될 수 있다. EBG 세트(90)은 복수의 EBG 단위셀(95)를 포함하는데, EBG 단위셀(95)은 안테나 소자(50)과 기판(30) 상의 같은 높이에 배치될 수 있다. 로우 프로파일(low-profile) 안테나에서 EBG 셀이 기판 위에 배치된 구조는 높은 표면 임피던스(HIS)를 가질 수 있다. EBG 구조는 동작 주파수 대역에서 HIS와 같이 동작하고, 누설되거나 분해가능한 표면파는 차단 또는 억제될 수 있다. 원하는 애플리케이션에 따라 EBG 구조는 다른 유형의 주기적 형태로 구현될 수 있다. L-C 등가 회로 모델은 EBG 구조의 표면 임피던스 특성을 설명할 수 있는데, 원하는 주파수 대역에 대한 인덕턴스 L과 커패시턴스 C의 정확하고 최적화된 값은 다음 수학식에 따라 결정된다. 최적화된 L, C 값은 원하는 밴드 갭에서의 EBG 공진 주파수와 대역폭에 사용될 수 있다.

수학식 1 및 2에서

와

는 각각 자유 공간의 투자율(permeability)과 유전율(permittivity)을 의미하며, 수학식 3 및 4에서

과

는 각주파수와 자유공간파 임피던스를 의미한다. 인접한 안테나 소자(50) 사이의 커패시턴스는 갭 효과(g)dp 의존하는 반면, 인덕턴스는 기판(30)의 높이(h)에 의존한다. EBG 단위셀(95)은 패치 안테나의 너비(p)와 갭 너비(g), 두 파라미터에 의해 최적화될 수 있다. 밴드갭의 희망 공진 주파수(

)와 대역폭 BW은 표면 커패시턴스 C와 인덕턴스 L에 의해 최적화될 수 있다. 위 수학식은 EBG 표면 전류 제한의 특성을 갖는 주파수 대역에 대한 대략적인 정보를 제공할 수 있다.

한편, 수학식 3을 이용하여 커패시턴스 또는 인덕턴스를 증가시킴으로써 소형의 EBG를 설계할 수 있다. 인덕턴스를 높이기 위해서는 동일 평면 나선형 인덕터와 같이 곡선이 EBG 금속 패치에 에칭(etching)되는, 마이크로파 회로에서 사용되는 접근법을 사용할 수 있다. 동작 주파수의 특성 파장은 수학식 5 내지 6을 사용하여, 기본 EBG 구조에 대한 EBG 단위셀(95) 사이의 길이, 너비 및 갭을 최적화하는 데 사용될 수 있다.

그러나 이들 식에서는, 종래의 구조 이외에 복잡한 구조를 얻기가 어렵다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 EBG 세트(90)의 구조는 도 5 내지 도 8에 개시되어 있다.

도 5(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정사각형 EBG 셀(95a), 도 5(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 십자형 EBG 셀(95b), 도 5(c)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 슬롯형 EBG 셀(95c)의 단위셀 특징을 개시한 것이다. 정사각형 및 십자형 EBG 셀(95b)은 안테나 소자 간의 커플링을 줄일 수 있도록 설계되었으며, 복합 슬롯 형태의 EBG 단위셀(95c)의 인덕턴스 값은 연결 브리지를 길게 함으로써 증가되었다.

정사각형 EBG 셀(95a)의 한 변의 길이는 0.66mm일 수 있다. 십자형 EBG 셀(95b)의 전체 너비는 1.02mm, 머리 부분의 높이는 0.11mm, 팔 부분의 높이는 0.22mm일 수 있다. 복합 슬롯 형태의 EBG 셀(95c)의 경우, 두 개의 세로 패치와 세로 패치를 연결하는 가로 패치를 포함하며, 각 세로 패치의 외측에 좌우로 팔이 나와있는 형태를 갖는다. 복합 슬롯형 EBG 셀(95c)은 두 개의 세로 패치와 가로 패치로 인해 형성되는 개방 슬롯이 상단에 하나(제1 슬롯), 하단에 하나(제2 슬롯) 존재할 수 있다. 복합 슬롯 전체 높이(S1)는 0.98mm일 수 있으며, 전체 너비(S2)는 0.23mm, 제1 슬롯의 높이(S3)는 0.39mm, 제1 슬롯과 제2 슬롯의 너비(S4)는 0.05mm, 복합 슬롯형 EBG 셀(95c)의 팔 구성의 너비(S5)는 0.04mm일 수 있다. 나아가 복합 슬롯형 EBG 셀(95c)의 세로 패치의 너비(S6)는 0.05mm일 수 있다.

도 3 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 정사각형 EBG 세트(90a) 및 복합 슬롯 EBG 세트(90c)가 적용된 안테나 어레이 시스템이다. EBG 셀은 일정한 주기(간격)으로 안테나 어레이 시스템 전체에 배치되어 표면파를 억제하고 커플링을 감소시킬 수 있다. 십자형 EBG 셀(95b)의 단위 셀 슬롯은 공진 주파수에서 인덕턴스를 제공하고, 표면 커패시턴스와 결합하여 표면 전류 및 상호 결합을 차단할 수 있다. 4개 안테나 소자를 포함하는 안테나 어레이 상에 십자형 EBG 세트가 배치된 실시 예는 도면에 도시되지는 않았으나, 정사각형 EBG 세트(90a)와 배치와 동일하여 생략하였다.

복합 슬롯 EBG 세트(90c)는 기판(30)의 중앙에 배치되어 상기 복수의 안테나 소자를 두 그룹으로 공간적으로 분리할 수 있다. 도 9를 참조하면, 복합 슬롯 EBG 세트(90c)에 의하여, 안테나 소자는 안테나 소자 50a, 50c가 하나의 그룹으로, 50b, 50d가 하나의 그룹으로 공간적으로 분리된다. 즉, 안테나 소자의 개수가 4개이면, 복합 슬롯 EBG 세트(90c)를 중심으로 안테나 소자(50)가 두 개씩 공간적으로 분리 배치된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, EBG 셀 간의 간격은 0.3mm 또는 0.09mm일 때 커플링 감소를 위한 허용 가능한 밴드 갭을 제공할 수 있는 것으로 나타났다. 실험 결과, 0.3mm의 셀 간 간격은 정사각형 EBG 구조에서 원하는 주파수 대역에서 수용 가능한 결합 감소를 일으켰으며, 십자형 EBG 구조에서는 단위 셀 사이의 0.09mm 간격에 대해 수용 가능한 결합 감소를 제공했다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 EBG 세트(90) 중 정사각형 및 십자형 EBG 셀(95b)로 구성된 EBG 세트(90)를 포함하는 안테나 어레이의 투과율 및 반사계수는 도 10에 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 제안된 주파수 대역의 표면파는 정사각형 및 십자형 EBG 구조에 대해 각각 -35dB 및 -25dB의 낮은 값을 가지지만, 반사 계수는 허용 가능한 높은 값으로 정사각형 및 십자형 EBG구조에 대해 각각 -2dB 및 -5dB의 값을 가질 수 있다.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 EBG 세트(90)가 적용된 안테나 어레이의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 도 11은 다양한 EBG 세트(90)를 포함하는 안테나 어레이의 전송 계수(S12)를 도시한 도면으로, 도 11을 참조하면, 정사각형 EBG 세트(90a)를 포함하는 안테나 어레이에서는 상호 결합 레벨이 -50 dB 미만 이었지만 십자형(90b) 및 복합 슬롯형(90c)의 결합 레벨은 각각 -36 dB와 -30 dB인 것으로 나타났다. 시뮬레이션 결과에 따르면 본 발명의 일 실시 예에 따른 EBG 세트(90)의 삽입이 격리 수준을 효과적으로 향상시켰음을 알 수 있다. 사각형 EBG 세트(90a)는 격리도를 -22dB에서 -54dB로 향상 시켰고, EBG 세트(90)가 없는 패치 안테나 어레이에 비해 안테나 소자(50)들 사이에서 약 32dB의 커플링 감소를 제공했다. 십자형(90b) 및 복합 슬롯 EBG 세트(90c)는 격리도를 -22 dB에서 -36 dB 및 -30 dB까지 향상 시켰으며 커플링은 각각 14 dB 및 8dB 감소한 것으로 나타났다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 EBG 구조는 밴드갭 내에서 표면파를 억제하여 상호 커플링을 감소시킬 수 있다.

나아가 전송 계수 (S12) 파라미터는 안테나 중심 주파수와 일치하는 안테나 소자 사이의 금지된 밴드갭을 나타낸다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 어레이 시스템의 반사 계수 (S11, S22, S33, S44)는 공진 주파수인 60GHz 대역에서 양호하게 정합되었다.

도 12는 단일 소자 안테나와 EBG 세트가 포함되어 있거나 포함되어 있지 않은 4-소자 어레이 안테나 사이의 이득을 비교한 도면이다. EBG 세트가 커플링 감소뿐 아니라 이득 향상을 제공한다는 사실은 주목할 가치가 있다. 실험 결과에 따르면 단일 소자 안테나와 4-소자 어레이 안테나로 각각 8.2 dBi 및 12 dBi의 이득 값을 얻을 수 있다. 사각형 EBG 구조는 다른 EBG 구조 대비 현저한 성능을 나타내며, 원하는 주파수 대역(60GHz)에서 더 넓은 밴드갭을 제공할 수 있다. 사각형 EBG 구조는 표면파의 동 위상 반사(in-phase reflection)를 제공하며, 최대 이득을 향해 표면파들을 재지향시킬 수 있다. 3dBi의 이득 향상으로 원하는 공진 대역에서 14.8dBi의 전체 이득이 달성될 수 있다.

도 13는 단일 소자 안테나 및 EBG 세트를 포함하거나 포함하지 않는 4-소자 어레이 안테나의 56GHz에서 64GHz 범위의 대역폭에서의 이득을 도시한 도면이다. 도 13을 참조하면, 최대 이득은 원하는 대역폭에서 14dBi와 14.8dBi 사이의 값을 나타낸다.

도 13은 단일 소자 안테나가 원하는 방향으로 최대 이득 패턴을 제공함을 보여준다. 그러나 어레이 안테나는 두 다른 각도에서 두 개의 다른 사이드 로브(side lobes:안테나의 지향성 수평방향 패턴 중 주빔 이외의 방향으로 방사되는 것)를 생성할 수 있다. 안테나 소자들 사이에 정사각형 EBG 세트(90a)를 삽입하면, 주 로브를 원하는 방향으로 제공하고 2개의 측면 로브를 2개의 상이한 각도로 제공할 수 있다. 사각형 EBG 세트의 주 로브 및 2개의 사이드 로브는 높은 지향성을 가지며, 피크 이득 값은 각각 14.8 dBi 및 8 dBi일 수 있다. 원하는 방향의 3개의 돌출부는 MIMO 및 고속 데이터 애플리케이션을 위한 마이크로파 대역에서 신호의 송수신에 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이 십자형 EBG와 복합 슬롯 EBG 구조는 커플링 감소에서 이득 향상 없이 수행될 수 있는 바, 도 13에 도시 된 바와 같이, 십자형 EBG와 복합 슬롯 EBG 세트(90c)를 포함하는 어레이 안테나의 방사 패턴은 EBG 구조가 없는 어레이 안테나의 방사 패턴과 거의 유사할 수 있다.

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.

100: 안테나 어레이 시스템
30: 유전체 기판
50: 안테나 소자
53: 주 방사체
55: 에지 공급 포트
70: 접지면
73: 접지면 슬롯
90: EBG 세트
95: EBG 셀

Claims (10)

1. 유전체 기판;
   상기 기판 상부에 형성되는 복수의 안테나 소자;
   상기 기판 하부에 형성되며, 복수의 ‘ㄹ’ 형상 슬롯을 포함하는 접지면;
   을 포함하며,
   상기 ‘ㄹ’ 형상 슬롯은 상기 복수의 안테나 소자 각각에 상응하는 위치에 형성되어 상기 슬롯의 중간 장축이 상기 안테나 소자의 중앙부를 통과하도록 배치되는 안테나 어레이 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판 상부에 형성되며, 상기 복수의 안테나 소자 사이에 배치된 전자기 밴드갭(EBG) 세트;
   를 더 포함하는 안테나 어레이 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 전자기 밴드갭 세트는
   복수의 정사각형 EBG 셀을 포함하며, 상기 기판 상부에서 상기 안테나 소자를 제외한 전 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이 시스템.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 전자기 밴드갭 세트는
   복수의 십자형 EBG 셀을 포함하며, 상기 기판 상부에서 상기 안테나 소자를 제외한 전 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이 시스템.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 전자기 밴드갭 세트는
   복수의 복합 슬롯형 EBG 셀을 포함하며, 상기 기판의 중앙에 배치되어 상기 복수의 안테나 소자를 두 그룹으로 공간적으로 분리하는 것을 특징으로 하는 안테나 어레이 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 복합 슬롯형 EBG 셀은
   두 개의 세로 패치, 상기 세로 패치를 연결하는 가로 패치 및 각 세로 패치의 외측으로 돌출된 팔 형태의 패치를 포함하는 안테나 어레이 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 안테나 소자는 에지-급전 패치 안테나인 안테나 어레이 시스템.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 안테나 소자는
   주 방사체;
   각 전송라인의 끝에 형성된 에지 공급 포트를 포함하는 안테나 어레이 시스템.
   
   
9. 삭제
10. 삭제

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