KR102198378B1 - Switched beam-forming antenna device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102198378B1
KR102198378B1 KR1020190156729A KR20190156729A KR102198378B1 KR 102198378 B1 KR102198378 B1 KR 102198378B1 KR 1020190156729 A KR1020190156729 A KR 1020190156729A KR 20190156729 A KR20190156729 A KR 20190156729A KR 102198378 B1 KR102198378 B1 KR 102198378B1
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신현철
김소연
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed are a switch beamforming antenna device and a manufacturing method thereof. The switch beamforming antenna device includes a plurality of substrates having different dielectric constants. An antenna layer is formed on one surface of a substrate having a low dielectric constant among the plurality of substrates, and a Butler matrix layer is formed on one surface of a substrate having a high dielectric constant.

Description

스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법{Switched beam-forming antenna device and manufacturing method thereof}Switched beam-forming antenna device and manufacturing method thereof TECHNICAL FIELD

본 발명은 크기를 소형화할 수 있는 스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a switch beamforming antenna device capable of miniaturizing the size and a method of manufacturing the same.

본 발명은 정보통신방송 연구개발 및 방송통신산업 기술 개발의 일환으로 출원된 특허이며, 관련 사항은 아래와 같다.The present invention is a patent filed as a part of research and development of information and communication broadcasting and technology development of the broadcasting and communication industry, and related matters are as follows.

관련 사항 1Related 1

연구 사업명: 정보통신방송 연구개발 사업Research Project Name: Information and Communication Broadcasting R&D Project

부처명: 과학기술정보통신부 Ministry name: Ministry of Science and Technology Information and Communication

연구관리전문기관: 정보통신기획평가원Research and management professional institution: Information Communication Planning and Evaluation Institute

연구 과제명: 대학 ICT 기초연구실 (RF 빔포밍 안테나 및 송수신기 다기능 MMIC 고도화 기술)Research Project Title: University ICT Basic Lab (RF Beamforming Antenna and Transceiver Multifunctional MMIC Advanced Technology)

연구기관(주관기관): 광운대학교 산학협력단 Research Institution (Organization): Kwangwoon University Industry-Academic Cooperation

과제고유번호: 2017-0-00959Assignment identification number: 2017-0-00959

연구기간: 2019.01.01 ~ 2019.12.31 Research Period: 2019.01.01 ~ 2019.12.31

관련 사항 2Related matter 2

연구 사업명: 방송통신산업기술개발사업Research Project Name: Broadcasting and Communication Industry Technology Development Project

부처명: 과학기술정보통신부 Ministry name: Ministry of Science and Technology Information and Communication

연구관리전문기관: 정보통신기획평가원Research and management professional institution: Information Communication Planning and Evaluation Institute

연구 과제명: 이동체용 위성 수신 전자식 위상배열안테나 기술 개발Research Project Name: Development of satellite receiving electronic phased array antenna technology for mobile objects

연구기관(주관기관): 에이스테크놀로지㈜ Research institute (main organization): Ace Technology Co., Ltd.

과제고유번호: 2018-0-00712Assignment identification number: 2018-0-00712

연구기간: 2019.01.01 ~ 2019.12.31 Research Period: 2019.01.01 ~ 2019.12.31

밀리미터파 대역에서 사용되는 스위치 빔포밍 안테나 장치(Switched Beamforming Antenna System)은 미리 설정된 여러 개의 빔 패턴 중에서 하나의 빔 패턴으로 스위치하여 특정 빔 패턴을 발생시키는 방식이다. 이러한 스위치 빔포밍 방식은 구조가 간단하고 생성된 빔 패턴의 재현성이 높아 5세대 이동통신 단말 또는 기지국과, 60GHz 대역 근거리 무선통신, 77GHz의 자동차용 충돌방지 레이다 등에 많이 사용되고 있다.The switched beamforming antenna system used in the millimeter wave band is a method of generating a specific beam pattern by switching to one beam pattern among a plurality of preset beam patterns. Such a switch beamforming method has a simple structure and high reproducibility of the generated beam pattern, and is widely used for 5G mobile communication terminals or base stations, short-range wireless communication in 60GHz band, and collision avoidance radar for 77GHz cars.

스위치 빔포밍 안테나 장치를 구현하는 핵심 회로는 버틀러 매트릭스이다. 버틀러 매트릭스는 하이브리드 커플러 및 고정형 위상 변위기로 이루어진 수동 회로 네트워크로서, 다수의 신호 입력 단자 중에 어떤 단자를 선택하느냐에 따라 다수의 출력 단자에 나오는 신호의 위상 간격이 미리 설정된 원하는 값으로 정해진다. 일반적인 버틀러 매트릭스는 보통 동작 주파수 파장의 2~3배에 해당하는 가로 및 세로의 크기를 갖는다. The core circuit that implements the switched beamforming antenna device is the Butler matrix. The Butler Matrix is a passive circuit network consisting of a hybrid coupler and a fixed phase shifter. According to which terminal is selected from among a plurality of signal input terminals, a phase interval of signals output from a plurality of output terminals is set to a predetermined desired value. A typical Butler matrix usually has a horizontal and vertical size corresponding to two to three times the wavelength of an operating frequency.

보다 상세하게, 도 1은 일반적인 버틀러 매트릭스와 배열 안테나로 이루어진 스위치 빔포밍 안테나의 구조도를 도시한 도면이다. In more detail, FIG. 1 is a diagram showing the structure of a switched beamforming antenna including a general Butler matrix and an array antenna.

도 1을 참조하면, 버틀러 매트릭스는 4Х4 구조의 버틀러 매트릭스로서, 세 개의 구성요소인 하이브리드 커플러, 크로스오버 커플러 및 고정형 위상변위기를 포함한다. Referring to FIG. 1, the Butler matrix is a 4Х4 Butler matrix and includes three components: a hybrid coupler, a crossover coupler, and a fixed phase shifter.

도 1 내에 포함된 작은 그림 (A)에 도시한 하이브리드 커플러의 경우, 입력 신호가 P1에 인가되었을 때, P2에서는 3dB 감쇄되고 90도 위상 지연된 신호가 출력되고, P3에서는 3dB 감쇄되고 0도 지연된 신호가 출력되고, P4에서는 출력신호가 발생되지 않는다. 도 1 내에 포함된 작은 그림 (B)에 도시한 크로스오버 커플러의 경우, P1과 P4에 인가되는 입력신호가 각각 P3와 P2로 전달되고 다른 포트로는 신호전달이 없다. 도 1 내에 포함된 작은 그림 (C)에 도시한 위상 변위기의 경우, P1에 입력된 신호에 대해 설정된 위상값이 변위된 출력신호가 P2로 출력된다. 도 1의 경우, 위상변위기의 위상값은 45도이다.In the case of the hybrid coupler shown in the small figure (A) included in Fig. 1, when the input signal is applied to P1, a signal with a 3dB attenuation and 90 degree phase delay is output at P2, and a 3dB attenuation and 0 degree delay at P3. Is output, and no output signal is generated in P4. In the case of the crossover coupler shown in the small figure (B) included in FIG. 1, input signals applied to P1 and P4 are transmitted to P3 and P2, respectively, and there is no signal transmission to other ports. In the case of the phase shifter shown in the small figure (C) included in FIG. 1, the output signal in which the phase value set for the signal input to P1 is displaced is output to P2. In the case of FIG. 1, the phase value of the phase shifter is 45 degrees.

도 2는 도 1의 스위치 빔포밍 안테나 시스템의 기판 구조를 도시한 도면이다. FIG. 2 is a diagram illustrating a substrate structure of the switched beamforming antenna system of FIG. 1.

도2는 기존 스위치 빔포밍 안테나 시스템이 구현되는 기판의 단면도이다. 도 2의 좌측 그림은 전체 안테나 시스템을 유전체 층을 단층으로 설계하는 경우를 도시한 것이고, 도 2의 우측 그림은 전체 안테나 시스템을 1층부터 N층의 다수의 유전체층의 다층으로 적층하여 설계하는 경우를 도시한 것이다. 2 is a cross-sectional view of a substrate on which a conventional switch beamforming antenna system is implemented. The left figure of FIG. 2 shows a case where the entire antenna system is designed with a single dielectric layer, and the right figure of FIG. 2 is a case where the entire antenna system is designed by stacking multiple layers of dielectric layers from 1 to N layers. Is shown.

첫번째 경우인 단층기판으로 구현되는 기존기술의 경우 단층 기판을 사용하지만, 적용되는 마이크로 스트립라인의 특성 임피던스를 높여서 소형화할 수 있는 방법이 제시된 바 있다. 하지만, 이러한 단층기판 구현 방법은 안테나와 버틀러 매트릭스가 동일 평면에 구현되는 구조적 한계로 인해, 두 구조물에서 발생하는 신호간의 간섭이 매우 심각하게 발생하여, 전체 빔 패턴을 열화시키는 단점이 있다. In the case of the first case, the conventional technology implemented as a single layer substrate, a single layer substrate is used, but a method of miniaturization by increasing the characteristic impedance of the applied micro stripline has been proposed. However, such a method of implementing a single-layer substrate has a disadvantage of deteriorating the entire beam pattern due to severe interference between signals occurring in the two structures due to structural limitations in that the antenna and the Butler matrix are implemented on the same plane.

두 번째 경우인 다층 기판상의 적층 구조로 구현되는 기존 기술의 경우는 배열 안테나와 버틀러 매트릭스를 3개 또는 그 이상의 섹션으로 나누고 각 섹션을 다층 기판에 구현하는 방법이 가능하다. 하지만, 각 섹션간 인터페이스 부정합으로 인한 성능 열화가 심하다는 단점이 있다. 한편, 다층 구조를 활용하여, 이중 전송 라인 기술(dual-line transmission line in a multilayered structure), 서스펜디드 스트립 선로(Suspended Stripline) 구조, 또는, SIW(Substrate integrated waveguide) 구조 등의 특수한 구조를 적용하여 소형화 할 수 있는 방법이 가능하다. 하지만, 이러한 경우는 그 구조가 복잡하고 구현이 어려워서 생산성이 떨어진다. 더구나, 기존에는 사용된 다층기판이 모두 같은 유전율을 갖는 동일한 유전체 물질로 이루어진 동종 다층 기판을 사용하였다.In the case of the second case, the conventional technology implemented in a stacked structure on a multilayer substrate, it is possible to divide the array antenna and the Butler matrix into three or more sections, and implement each section on a multilayer substrate. However, there is a disadvantage in that performance degradation is severe due to interface mismatch between each section. On the other hand, using a multi-layered structure, it is miniaturized by applying a special structure such as a dual-line transmission line in a multilayered structure, a suspended stripline structure, or a substrate integrated waveguide (SIW) structure. There is a way to do it. However, in this case, the structure is complex and the implementation is difficult, so productivity is degraded. Moreover, in the past, all of the multilayer substrates used have used a homogeneous multilayer substrate made of the same dielectric material having the same dielectric constant.

본 발명은 크기를 최소화할 수 있는 스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a switch beamforming antenna device capable of minimizing its size and a method of manufacturing the same.

본 발명은 기판의 각 층을 서로 다른 전기적 특성을 갖는 재질로 구현하여 구현이 용이하며, 성능이 우수하고, 전체 크기의 소형화가 가능한 스위치 빔포밍 안테나 장치 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a switch beamforming antenna device and a method of manufacturing the same, which is easy to implement by implementing each layer of a substrate with a material having different electrical characteristics, has excellent performance, and is capable of miniaturizing the overall size.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention may be derived by those skilled in the art through the following examples.

본 발명의 일 측면에 따르면, 크기를 최소화할 수 있는 스위치 빔포밍 안테나 장치가 제공된다. According to one aspect of the present invention, a switch beamforming antenna device capable of minimizing the size is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유전율이 상이한 복수의 기판을 포함하되, 상기 복수의 기판 중 유전율이 낮은 기판의 일면에 안테나 층이 형성되고, 유전율이 높은 기판의 일면에 버틀러 매트릭스 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a plurality of substrates having different dielectric constants are included, wherein an antenna layer is formed on one surface of a substrate having a low dielectric constant among the plurality of substrates, and a Butler matrix layer is formed on one surface of the substrate having a high dielectric constant. A switch beamforming antenna device, characterized in that it may be provided.

상기 복수의 기판의 적층에 의해 형성된 내부 도체면은 각각 그라운드로 이용된다. Each of the inner conductor surfaces formed by the stacking of the plurality of substrates is used as a ground.

상기 버틀러 매트릭스 층과 상기 안테나 층은 복수의 비아홀이 형성되되, 상기 비아홀을 통해 신호가 버틀러 매트릭스의 출력 단자에서 안테나로 전달되는 프로브 피딩 구조를 가질 수 있다. The Butler matrix layer and the antenna layer may have a plurality of via holes, and a probe feeding structure in which a signal is transmitted from an output terminal of the Butler matrix to an antenna through the via holes.

상기 버틀러 매트릭스 층과 상기 안테나 층 사이의 그라운드로 이용하는 내부 도체면에 작은 슬랏(slot)을 복수로 형성하되, 상기 슬랏을 통해 신호가 버틀러 매트릭스의 출력 단자에서 안테나로 전달되는 슬랏 결합 피딩 구조를 가질 수 있다.A plurality of small slots are formed on the inner conductor surface used as a ground between the Butler matrix layer and the antenna layer, but have a slot-coupled feeding structure in which signals are transmitted from the output terminal of the Butler matrix to the antenna through the slots. I can.

상기 복수의 기판은 상기 복수의 기판의 유전율과 상이한 유전율을 가지는 수지를 이용하여 접착되어 적층될 수 있다. The plurality of substrates may be bonded and laminated using a resin having a dielectric constant different from that of the plurality of substrates.

상기 안테나 층은 배열 안테나가 형성되되, 상기 배열 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나이다. An array antenna is formed in the antenna layer, and the array antenna is a microstrip patch antenna.

상기 안테나 층은 배열 안테나가 형성되되, 상기 배열 안테나는 다이폴 안테나이며, The antenna layer is an array antenna is formed, the array antenna is a dipole antenna,

상기 복수의 기판의 두께는 0.3mm 이하이며, 높이 및 너비는 37mm 이하이다. The thickness of the plurality of substrates is 0.3 mm or less, and the height and width are 37 mm or less.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 유전율을 가지는 제1 유전체 층; 제2 유전율을 가지는 제2 유전체 층; 제1 금속 층; 및 제2 금속 층을 포함하되, 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층은 적층되되, 상기 제1 금속 층 및 상기 제2 금속 층은 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층의 상부 또는 하부 외부에 형성되되, 상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층은 상기 제1 유전체 층 및 상기 제2 유전체 층을 관통하는 비아(via)를 통해 전기적으로 연결되어 안테나 및 버틀러 매트릭스를 구성하는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치가 제공될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a first dielectric layer having a first dielectric constant; A second dielectric layer having a second dielectric constant; A first metal layer; And a second metal layer, wherein the first dielectric layer and the second dielectric layer are stacked, wherein the first metal layer and the second metal layer are on top of the first dielectric layer and the second dielectric layer or It is formed outside the lower portion, wherein the first metal layer and the second metal layer are electrically connected through vias penetrating the first dielectric layer and the second dielectric layer to form an antenna and a Butler matrix. A switch beamforming antenna device as characterized may be provided.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 스위치 빔포밍 안테나 제조 방법이 제공된다. According to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a switched beamforming antenna is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 유전율을 가지는 제1 기판의 일면과 제2 유전율을 가지는 제2 기판의 일면에 프리프레그를 도포하여 제1 기판과 제2 기판을 적층하는 단계; 상기 제1 기판의 타면에 버틀러 매트릭스 층을 형성하는 단계; 상기 제2 기판의 타면에 안테나 층을 형성하는 단계; 및 상기 버틀러 매트릭스 층에서 상기 안테나 층으로 복수의 비아홀을 형성하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the method may include depositing a first substrate and a second substrate by applying a prepreg to one surface of a first substrate having a first permittivity and a second substrate having a second permittivity; Forming a Butler matrix layer on the other surface of the first substrate; Forming an antenna layer on the other surface of the second substrate; And forming a plurality of via holes from the Butler matrix layer to the antenna layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 소형 버틀러 매트릭스 장치 및 이를 포함하는 빔포밍 안테나 장치를 제공함으로써, 기판의 각 층을 서로 다른 전기적 특성을 갖는 재질로 구현하여 구현이 용이하며, 성능이 우수하고, 전체 크기의 소형화가 가능한 이점이 있다. By providing a small Butler matrix device and a beamforming antenna device including the same according to an embodiment of the present invention, each layer of the substrate is implemented with a material having different electrical characteristics, so that it is easy to implement, excellent in performance, and There is an advantage that the size can be miniaturized.

도 1은 일반적인 버틀러 매트릭스 기반 스위치 빔포밍 안테나 시스템의 평면 구조도를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 기존 스위치 빔포밍 안테나 시스템의 구현에 사용되는 기판 구조의 두가지 경우, 즉, 단층기판 과 다층기판의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 단면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 실제 구현 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 빔 패턴을 측정한 결과를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 제조 방법을 나타낸 순서도.
1 is a diagram showing a plan view of a general Butler matrix-based switched beamforming antenna system.
FIG. 2 is a view showing two cases of a substrate structure used to implement the conventional switch beamforming antenna system of FIG. 1, that is, a single layer substrate and a multilayer substrate.
3 is a view showing a switch beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a switched beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an actual implementation example of a switched beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing a result of measuring a beam pattern of a switched beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention.
7 is a flow chart showing a method of manufacturing a switched beamforming antenna according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.The singular expression used in the present specification includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various elements or various steps described in the specification, and some of the elements or some steps It may not be included, or it should be interpreted that it may further include additional elements or steps. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean units that process at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. .

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 단면을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 실제 구현 예를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 빔 패턴을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 3 is a view showing a switch beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing a cross-section of the switch beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view A diagram showing an actual implementation example of a switched beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a graph showing a result of measuring a beam pattern of a switched beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention. .

도 3을 참조하면, 스위치 빔포밍 안테나 장치는 버틀러 매트릭스 섹션(310)과 안테나 섹션(320)으로 분할된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 버틀러 매트릭스 섹션(310)과 안테나 섹션(320)을 서로 다른 유전율을 가지는 기판을 적층하여 구현될 수 있다. Referring to FIG. 3, the switched beamforming antenna device is divided into a Butler matrix section 310 and an antenna section 320. According to an embodiment of the present invention, the Butler matrix section 310 and the antenna section 320 may be implemented by stacking substrates having different dielectric constants.

버틀러 매트릭스 섹션(310)은 도 3에서 도시된 바와 같이, 4개의 하이브리드 커플러, 2개의 위상 변위기와 2개의 크로스오버 커플러를 포함한다. The Butler matrix section 310 includes 4 hybrid couplers, 2 phase shifters and 2 crossover couplers, as shown in FIG. 3.

본 발명이 적용되는 버틀러 매트릭스는 4Х4 구조 이외에 8Х8 구조 기타 다양하게 변형된 구조에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있다. In the Butler matrix to which the present invention is applied, the present invention can be applied to an 8Х8 structure and other variously modified structures in addition to the 4Х4 structure.

이하에서는 설명의 편의를 위해 4Х4 구조의 버틀러 매트릭스를 기반한 스위치 빔포밍 안테나 시스템을 기준으로 본 발명을 설명한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, for convenience of description, the present invention will be described based on a switched beamforming antenna system based on a 4Х4 Butler matrix. However, the present invention is not limited thereto.

안테나 섹션(320)은 버틀러 매트릭스 섹션(310)에 적층되어 구현된다. 여기서, 안테나 섹션(320)은 배열 안테나를 포함한다. 배열 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나 구조를 나타내고 있다. 패치 안테나는 전면 방사(Boresight Radiation)을 하게 되는데, 만약 종단 방사(End-Fire Radiation)이 필요한 경우, 패치 안테나 대신 다이폴 형태의 야기-우다 안테나를 사용할 수도 있다. The antenna section 320 is implemented by being stacked on the Butler matrix section 310. Here, the antenna section 320 includes an array antenna. The array antenna represents a microstrip patch antenna structure. The patch antenna performs front radiation. If end-fire radiation is required, a dipole-type Yagi-Uda antenna may be used instead of the patch antenna.

도 4는 스위치 빔포밍 안테나 장치의 단면을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a cross section of a switched beamforming antenna device.

도 4를 참조하면, 스위치 빔포밍 안테나 장치(300)은 서로 다른 유전율을 가지는 복수의 기판을 적층한 하이브리드 스택업 다층 기판으로 구현될 수 있다. Referring to FIG. 4, the switch beamforming antenna device 300 may be implemented as a hybrid stack-up multilayer substrate in which a plurality of substrates having different dielectric constants are stacked.

하이브리드 스택업 다층 기판 중 유전율이 낮은 기판은 안테나 층을 형성하고, 유전율이 높은 기판은 버틀러 매트릭스 층을 형성할 수 있다. Among the hybrid stack-up multilayer substrates, a substrate having a low dielectric constant may form an antenna layer, and a substrate having a high dielectric constant may form a Butler matrix layer.

이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. This will be described in more detail.

편의상 제1 유전율을 가지는 제1 기판(410)과 제2 유전율을 가지는 제2 기판(420)을 적층하여 하이브리드 스택업 다층 기판이 형성되는 것을 가정하기로 한다. For convenience, it is assumed that a hybrid stack-up multilayer substrate is formed by stacking a first substrate 410 having a first dielectric constant and a second substrate 420 having a second dielectric constant.

여기서, 제1 유전율이 제2 유전율보다 높은 경우, 제1 기판(410)상에 버틀러 매트릭스 층(430)이 형성되며, 유전율이 낮은 제2 기판(420)상에 안테나 층(440)이 형성될 수 있다. Here, when the first dielectric constant is higher than the second dielectric constant, the Butler matrix layer 430 is formed on the first substrate 410, and the antenna layer 440 is formed on the second substrate 420 having a low dielectric constant. I can.

제1 기판(410)과 제2 기판(420)은 프리프레그(prepreg)에 의해 적층될 수 있다. 여기서, 프리프레그 유전율은 제1 유전율과 제2 유전율 사이의 유전율을 가질 수 있다. The first substrate 410 and the second substrate 420 may be stacked by a prepreg. Here, the prepreg dielectric constant may have a dielectric constant between the first dielectric constant and the second dielectric constant.

이와 같이 유전율이 서로 다른 기판을 적층하여 형성된 하이브리드 스택업 다층 기판을 이용하여 안테나 층과 버틀러 매트릭스 층을 서로 반대면에 구현하여 안테나 섹션과 버틀러 매트릭스 섹션을 구분함으로써, 버틀러 매트릭스 구조에서 발생하는 불요파 신호가 안테나 구조로 간섭하는 영향을 억제하여 전체적인 안테나 방사패턴을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. By using a hybrid stack-up multilayer substrate formed by stacking substrates with different dielectric constants as described above, the antenna layer and the Butler matrix layer are implemented on opposite surfaces to separate the antenna section and the Butler matrix section, thereby generating unnecessary waves in the Butler matrix structure. There is an advantage in that the overall antenna radiation pattern can be improved by suppressing the influence of the signal interference by the antenna structure.

또한, 배열 안테나는 유전율이 낮은 기판에 구현하여 안테나의 방사효율을 높이고, 동시에 버틀러 매트릭스는 유전율이 높은 기판에 구현하여 전체 안테나 시스템의 사이즈를 줄일 수 있는 이점이 있다.In addition, the array antenna is implemented on a substrate having a low dielectric constant to increase the radiation efficiency of the antenna, and at the same time, the Butler matrix is implemented on a substrate having a high dielectric constant, thereby reducing the size of the entire antenna system.

본 발명의 일 실시예에서는 제1 기판(410)의 유전율이 제2 기판(420)의 유전율보다 높은 것을 가정하여 설명하기로 한다. In an exemplary embodiment of the present invention, description will be made on the assumption that the dielectric constant of the first substrate 410 is higher than that of the second substrate 420.

제1 기판(410) 위에 제2 기판(420)을 적층하여 하이브리드 스택업 다층 기판을 형성하되, 제1 기판(410)에는 버틀러 매트릭스 층이 형성되고, 제2 기판(420)에는 안테나 층이 형성될 수 있다. A hybrid stack-up multilayer substrate is formed by stacking the second substrate 420 on the first substrate 410, but a Butler matrix layer is formed on the first substrate 410, and an antenna layer is formed on the second substrate 420. Can be.

이와 같이, 제1 기판(410)상에 제2 기판(420)이 적층되는 구조이므로, 제1 기판(410)의 하부 외부 도체면은 버틀러 메트릭스 층 형성에 이용되고, 제2 기판(420)의 상부 외부 도체면에 안테나 층이 형성될 수 있다. 또한, 제1 기판(410)과 제2 기판(420)의 적층에 의해 형성되는 내부 도체면은 그라운드 단자로 이용된다. In this way, since the second substrate 420 is stacked on the first substrate 410, the lower outer conductor surface of the first substrate 410 is used to form the Butler matrix layer, and the second substrate 420 An antenna layer may be formed on the upper outer conductor surface. In addition, an inner conductor surface formed by stacking the first substrate 410 and the second substrate 420 is used as a ground terminal.

예를 들어, 제2 기판(420)은 타코닉社의 TLY-5A(유전 상수=2.17)인 기판일 수 있으며, 제1 기판(410)은 타코닉社의 RF-60A(유전 상수 =6.15)인 기판일 수 있다. For example, the second substrate 420 may be a substrate of Taconic's TLY-5A (dielectric constant = 2.17), and the first substrate 410 is Taconic's RF-60A (dielectric constant = 6.15). It may be a phosphorus substrate.

본 명의 일 실시예에서는 28Ghz 대역 안테나 장치를 가정하고 있다. 따라서, 제1 기판(410)상에는 28GHz 대역의 4 x 4 버틀러 매트릭스 층이 형성되되, 그 크기는 13 x 19 mm2일 수 있다. 본 발명의 일 실시예와 같이 유전율이 상이한 하이브리드 스택업 다층 기판을 이용하여 유전율이 높은 기판에 버틀러 매트릭스 층을 형성함으로써, 종래의 Rogers RT5880(유전상수=2.2) 기판 상에 구현한 버틀러 매트릭스에 비해 크기를 약 85% 시킬 수 있다. 본 발명의 실시예가 28GHz 5세대 밀리미터파 이동통신 대역에 대해 제시되었지만, 그 외의 24GHz, 60GHz, 77GHz, 90GHz, 140GHz 등 다양한 밀리미터파 통신 및 센서에 사용되는 주파수 대역에 모두 적용될 수 있을 것이다.In an embodiment of the present invention, a 28Ghz band antenna device is assumed. Accordingly, a 4 x 4 Butler matrix layer of 28 GHz band is formed on the first substrate 410, and the size may be 13 x 19 mm 2 . Compared to a Butler matrix implemented on a conventional Rogers RT5880 (dielectric constant = 2.2) substrate by forming a Butler matrix layer on a substrate having a high dielectric constant using a hybrid stack-up multilayer substrate having a different dielectric constant as in an embodiment of the present invention. You can increase the size to about 85%. Although the embodiment of the present invention has been presented for a 28GHz 5th generation millimeter wave mobile communication band, it may be applied to all other frequency bands used for various millimeter wave communication and sensors such as 24GHz, 60GHz, 77GHz, 90GHz, 140GHz.

표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버틀러 매트릭스의 3차원 전자장 시뮬레이션(3-Dimensional Electromagnetic Field Simulation) 결과에 따라 버틀러 매트릭스의 각 출력 포트에서의 출력 신호의 위상과 삽입 손실을 나타낸다.Table 1 shows the phase and insertion loss of an output signal at each output port of the Butler matrix according to the results of 3-Dimensional Electromagnetic Field Simulation of the Butler matrix according to an embodiment of the present invention.

가장 큰 위상 오차는 신호 경로가 제1 포트에서 제5 포트, 제3 포트에서 제8 포트일 때 발생하며, 16도로 확인되었으며, 제곱평균제곱근(root mean square) 위상 오차는 7.4도를 얻었다. The largest phase error occurs when the signal path is from the first port to the fifth port, and from the third port to the eighth port, and was confirmed to be 16 degrees, and a root mean square phase error of 7.4 degrees was obtained.

또한, 삽입 손실은 5.3 dB -10 dB 범위를 가지며, 평균 삽입 손실은 8.1dB로 확인되었다. 이러한 설계결과에 따라 빔포밍 안테나 장치 구현에 적절한 범위인 것을 확인하였다. In addition, the insertion loss ranged from 5.3 dB -10 dB, and the average insertion loss was confirmed to be 8.1 dB. According to these design results, it was confirmed that the range was suitable for implementing the beamforming antenna device.

[표 1][Table 1]

Figure 112019123467603-pat00001
Figure 112019123467603-pat00001

또한, 제1 기판(410)과 제2 기판(420)은 프리프레그에 의해 적층되되, 프리프레그의 유전 상수는 4일 수 있다. 이는 일 예일 뿐이며, 유전율은 각기 상이할 수도 있음은 자명하다.Also, the first substrate 410 and the second substrate 420 are stacked by a prepreg, but the dielectric constant of the prepreg may be 4. This is only an example, and it is obvious that the permittivity may be different.

다만, 유전율이 상이한 적어도 두개의 기판을 이용하는 경우, 유전율이 낮은 기판의 상부에 안테나 층이 형성되고, 유전율이 높은 기판의 하부에 버틀러 매트릭스 층이 형성될 수 있다. However, when at least two substrates having different dielectric constants are used, an antenna layer may be formed on a substrate having a low dielectric constant, and a Butler matrix layer may be formed below a substrate having a high dielectric constant.

또한, 버틀러 매트릭스 층과 안테나 층은 비아홀을 통해 전기적으로 연결된다. 즉, 버틀러 매트릭스 출력 단자에서 안테나까지의 쓰루홀비아를 형성하여 신호를 전달할 수 있다. 버틀러 매트릭스 층과 안테나 층은 쓰루홀 비아를 이용한 프로브 피딩 구조를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. In addition, the Butler matrix layer and the antenna layer are electrically connected through via holes. That is, a signal can be transmitted by forming a through-hole via from the Butler matrix output terminal to the antenna. The Butler matrix layer and the antenna layer may be electrically connected through a probe feeding structure using a through-hole via.

또한, 버틀러 매트릭스 층과 안테나 층이 슬랏(Slot)구조로 결합되는 구조도 가능하다. 즉, 버틀러 매트릭스 출력 단자에서 안테나 사이의 그라운드 면에 작은 슬랏 구멍을 형성하여, 이를 통해 버틀러 매트릭스 출력 신호가 안테나로 연결되는 슬랏-결합 구조로 구현 될 수 있다.In addition, a structure in which the Butler matrix layer and the antenna layer are combined in a slot structure is also possible. That is, a small slot hole is formed in the ground plane between the antennas at the Butler matrix output terminal, and through this, a slot-combining structure in which the Butler matrix output signal is connected to the antenna can be implemented.

도 4를 참조하면, 프리프레그층은 0.1 mm 이내로 형성될 수 있다. Referring to Figure 4, the prepreg layer may be formed within 0.1 mm.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 실제 구현 예를 도시한 도면이다. 5 is a diagram showing an actual implementation example of a switched beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)는 하이브리드 스택업 다층 기판 중 안테나 층이 형성된 기판의 상부 외측 도체면을 예시한 것이며, 도 5의 (b)는 하이브리드 스택업 다층 기판 중 안테나 층이 형성된 기판의 하부 외측 도체면을 예시한 것이다. FIG. 5(a) is an illustration of the upper outer conductor surface of the substrate on which the antenna layer is formed among the hybrid stack-up multilayer substrate, and FIG. 5(b) is the lower outer conductor of the substrate on which the antenna layer is formed among the hybrid stack-up multilayer substrate. It is an example of the side.

도 5에 도시된 높이 및 너비는 표 2와 같다. The height and width shown in FIG. 5 are shown in Table 2.

[표 2][Table 2]

Figure 112019123467603-pat00002
Figure 112019123467603-pat00002

도 5는 일 실시예일뿐이며, 안테나 구현을 위한 실제 크기는 안테나 배열 개수, 동작 주파수, 기판의 유전율 등에 따라 상이할 수 있음은 당연하다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치의 빔 패턴을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 5 is only an example, and it is natural that the actual size for implementing the antenna may be different depending on the number of antenna arrays, the operating frequency, and the dielectric constant of the substrate. 6 is a graph showing a result of measuring a beam pattern of a switched beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention.

제1 입력 포트, 제2 입력 포트, 제3 입력 포트, 제4 입력 포트로 신호 각각 인가됐을 때, 출력에서 좌측으로 1단계 조향된 빔(1L), 좌측으로 2단계 조향된 빔(2L), 우측으로 1단계 조향된 빔(1R), 우측으로 2단계 조향된 빔(2R)이 각각 발생한 것을 확인할 수 있다. When signals are respectively applied to the first input port, second input port, third input port, and fourth input port, the beam steered one step to the left from the output (1L), the beam steered in two steps to the left (2L), It can be seen that the beam 1R steered to the right step 1 and the beam 2R steered step 2 to the right respectively.

1L 빔의 조향 각도는 -16o이고, 측엽 레벨은 - 12 dB이다. 2L 빔의 조향 각도는 -39o이고 측엽 레벨은 - 6 dB이다. 1R 빔의 조향 각도는 +7o이고 측엽 레벨은 - 13.8 dB이다. 마지막을 2R 빔의 조향 각도는 +36o이고 측엽 레벨은 - 11.7 dB이다. The steering angle of the 1L beam is -16 o and the side lobe level is -12 dB. The steering angle of the 2L beam is -39 o and the side lobe level is -6 dB. The steering angle of the 1R beam is +7 o and the lateral lobe level is -13.8 dB. Finally, the steering angle of the 2R beam is +36 o and the side lobe level is -11.7 dB.

도 6에 의해 4개의 방사 패턴이 원하는 조향 각도로 발생하는 것을 알 수 있다. It can be seen from FIG. 6 that four radiation patterns are generated at a desired steering angle.

본 발명에서의 실제 제작 구현한 안테나 시스템 소형화 정도를 비교하기 위하여, 종래 기술에서 구현된 안테나 시스템의 크기를 정규화하여 비교하였다. 정규화된 크기 (Normalized Dimension)는 구현된 안테나 시스템의 실제 크기를 동작주파수에 해당하는 자유공간에서의 파장의 제곱 λ2 과 스위치 되는 빔 방향의 개수로 나누어서 계산하였다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 시스템 크기는 4.12 mm2이고, 이는 3.57λ2에 해당한다. 이를, λ2과 빔의 개수인 4로 나눠서 구한 정규화 크기는 0.9이다. In order to compare the degree of miniaturization of the antenna system actually manufactured and implemented in the present invention, the size of the antenna system implemented in the prior art was normalized and compared. The normalized dimension was calculated by dividing the actual size of the implemented antenna system by the square of the wavelength λ 2 in the free space corresponding to the operating frequency and the number of switched beam directions. For example, the size of the antenna system according to an embodiment of the present invention is 4.12 mm 2 , which corresponds to 3.57λ 2 . The normalization size obtained by dividing this by λ 2 and the number of beams is 0.9.

한편, 기존 문헌들을 참고하여 종래 기술로 구현된 세가지 다른 설계의 안테나 시스템을 검색하여 이의 정규화 크기를 계산한 결과 각각 1.3, 6.3, 16.4을 얻었다. 즉, 본 발명의 일 실시예와 같이 유전율이 상이한 하이브리드 스택업 다층 기판을 기반으로 구현된 안테나 장치가 종래에 비해 크기가 작은 것을 알 수 있다. Meanwhile, as a result of searching for antenna systems of three different designs implemented in the prior art with reference to existing documents and calculating their normalized sizes, 1.3, 6.3, and 16.4 were obtained, respectively. That is, it can be seen that the antenna device implemented on the basis of the hybrid stack-up multilayer substrate having different dielectric constants, as in an embodiment of the present invention, has a smaller size than the conventional one.

결과적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 장치가 소형화에 매우 효과적인 것을 알 수 있다. As a result, it can be seen that the switched beamforming antenna device according to an embodiment of the present invention is very effective in miniaturization.

이를 다시 정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면 스위치 빔포밍 안테나 장치(100)는 유전율이 상이한 복수의 유전체 층이 적층되어 형성되되, 유전체 층의 상하 외부에 각각 금속층이 형성될 수 있다. 여기서, 유전율이 낮은 외부 도체면에는 안테나가 형성되고, 유전율이 높은 외부 도체면에는 버틀러 매트릭스가 형성될 수 있다. 따라서, 버틀러 매트릭스의 출력 단자에서 안테나는 각각 비아홀을 통해 전기적으로 연결되어 신호가 전달되도록 복수의 비아홀이 형성될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 유전율이 상이한 복수의 유전체 층(기판)을 적층한 다층 구조를 통해 종래에 비해 크기가 작은 스위치 빔포밍 안테나 제조가 가능하도록 할 수 있는 이점이 있다. In summary, according to an embodiment of the present invention, the switch beamforming antenna device 100 is formed by stacking a plurality of dielectric layers having different dielectric constants, and metal layers may be formed on the upper and lower sides of the dielectric layer. Here, an antenna may be formed on an outer conductor surface having a low permittivity, and a Butler matrix may be formed on an outer conductor surface having a high permittivity. Accordingly, at the output terminal of the Butler matrix, antennas are electrically connected through via holes, respectively, so that a plurality of via holes may be formed to transmit signals. As described above, according to an embodiment of the present invention, there is an advantage in that it is possible to manufacture a switch beamforming antenna having a smaller size compared to the related art through a multilayer structure in which a plurality of dielectric layers (substrates) having different dielectric constants are stacked.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 빔포밍 안테나 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 7 is a flowchart showing a method of manufacturing a switched beamforming antenna according to an embodiment of the present invention.

단계 710에서 제1 유전율을 가지는 제1 기판의 일면과 제2 유전율을 가지는 제2 기판의 일면을 마주 보게 배치하고, 그 사이에 프리프레그를 도포하여 제1 기판과 제2 기판을 적층한다. In step 710, one surface of the first substrate having the first dielectric constant and one surface of the second substrate having the second dielectric constant are disposed to face each other, and a prepreg is applied therebetween to stack the first substrate and the second substrate.

단계 715에서 제1 유전율을 가지는 제1 기판의 타면에 버틀러 매트릭스 층을 형성한다. In step 715, a Butler matrix layer is formed on the other surface of the first substrate having the first dielectric constant.

720에서 제2 유전율을 가지는 제2 기판의 타면에 안테나 층을 형성한다. At 720, an antenna layer is formed on the other surface of the second substrate having a second dielectric constant.

단계 725에서 버틀러 매트릭스 출력 단자에서 안테나 면으로 쓰루홀 비아를 드릴링하여 전기적으로 연결한다. In step 725, a through-hole via is drilled from the Butler matrix output terminal to the antenna surface and electrically connected.

즉, 서로 다른 유전율을 가지는 하이브리드 스택업 다층 기판을 형성한 뒤 유전율이 낮은 기판의 외부 도체면에 안테나 층을 형성하고, 유전율이 높은 기판의 외부 도체면에 버틀러 매트릭스 층을 형성한다. That is, after forming a hybrid stack-up multilayer substrate having different dielectric constants, an antenna layer is formed on the outer conductor surface of the substrate having a low dielectric constant, and a Butler matrix layer is formed on the outer conductor surface of the substrate having a high dielectric constant.

이때, 하이브리드 스택업 다층 기판에서 내부 도체면은 그라운드 단자로 이용될 수 있다.In this case, in the hybrid stack-up multilayer substrate, the inner conductor surface may be used as a ground terminal.

또한, 이미 전술한 바와 같이, 제1 기판의 타면에 제2 기판의 타면을 적층함에 있어, 제1 유전율과 제2 유전율 사이의 유전율(제3 유전율)을 가지는 수지(프리프레그)를 이용하여 제1 기판과 제2 기판을 적층할 수 있다. In addition, as already described above, in laminating the other surface of the second substrate on the other surface of the first substrate, a resin (prepreg) having a dielectric constant (third permittivity) between the first and second dielectric constants is used. The first substrate and the second substrate can be stacked.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around the embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

100: 스위치 빔포밍 안테나 장치
110: 버틀러 매트릭스 섹션
120: 안테나 섹션
100: switch beamforming antenna device
110: Butler Matrix section
120: antenna section

Claims (10)

유전율이 상이한 복수의 기판을 포함하되,
상기 복수의 기판 중 유전율이 낮은 기판의 일면에 안테나 층을 형성하고, 유전율이 높은 기판의 일면에 버틀러 매트릭스 층을 형성하되,
상기 버틀러 매트릭스 층과 상기 안테나 층 사이의 그라운드로 이용하는 내부 도체면에 작은 슬랏(slot)을 복수로 형성하되,
상기 슬랏을 통해 신호가 버틀러 매트릭스의 출력 단자에서 안테나로 전달되는 슬랏 결합 피딩 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
Including a plurality of substrates having different dielectric constants,
An antenna layer is formed on one surface of a substrate having a low dielectric constant among the plurality of substrates, and a Butler matrix layer is formed on one surface of a substrate having a high dielectric constant,
A plurality of small slots are formed on the inner conductor surface used as a ground between the Butler matrix layer and the antenna layer,
A switch beamforming antenna device comprising a slot coupled feeding structure in which signals are transmitted from the output terminal of the Butler matrix to the antenna through the slot.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 기판의 적층에 의해 형성된 내부 도체면은 각각 그라운드로 이용되는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
The method of claim 1,
Each of the inner conductor surfaces formed by the stacking of the plurality of substrates is used as a ground.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 복수의 기판은 상기 복수의 기판의 유전율과 상이한 유전율을 가지는 수지를 이용하여 접착되어 적층되는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
The method of claim 1,
A switch beamforming antenna device, wherein the plurality of substrates are bonded and laminated using a resin having a dielectric constant different from that of the plurality of substrates.
제1 항에 있어서,
상기 안테나 층은 배열 안테나가 형성되되,
상기 배열 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나인 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
The method of claim 1,
The antenna layer is formed with an array antenna,
The array antenna is a switch beamforming antenna device, characterized in that the microstrip patch antenna.
제1 항에 있어서,
상기 안테나 층은 배열 안테나가 형성되되,
상기 배열 안테나는 다이폴 안테나인 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
The method of claim 1,
The antenna layer is formed with an array antenna,
The array antenna is a switch beamforming antenna device, characterized in that the dipole antenna.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 기판의 두께는 0.3mm 이하이며, 높이 및 너비는 37mm 이하인 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
The method of claim 1,
The plurality of substrates have a thickness of 0.3 mm or less, and a height and width of 37 mm or less.
제1 유전율을 가지는 제1 유전체 층;
제2 유전율을 가지는 제2 유전체 층;
제1 금속 층; 및
제2 금속 층을 포함하되,
상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층은 적층되되,
상기 제1 금속 층 및 상기 제2 금속 층은 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층의 상부 또는 하부 외부에 형성되되,
상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층은 상기 제1 유전체 층 및 상기 제2 유전체 층을 관통하는 비아(via)를 통해 전기적으로 연결되어 안테나 및 버틀러 매트릭스를 구성하는 것을 특징으로 하는 스위치 빔포밍 안테나 장치.
A first dielectric layer having a first dielectric constant;
A second dielectric layer having a second dielectric constant;
A first metal layer; And
Comprising a second metal layer,
The first dielectric layer and the second dielectric layer are stacked,
The first metal layer and the second metal layer are formed outside or above the first dielectric layer and the second dielectric layer,
The first metal layer and the second metal layer are electrically connected through vias penetrating the first dielectric layer and the second dielectric layer to form an antenna and a Butler matrix. Antenna device.
제1 유전율을 가지는 제1 기판의 일면과 제2 유전율을 가지는 제2 기판의 일면에 프리프레그를 도포하여 제1 기판과 제2 기판을 적층하는 단계;
상기 제1 기판의 타면에 버틀러 매트릭스 층을 형성하는 단계;
상기 제2 기판의 타면에 안테나 층을 형성하는 단계; 및
상기 버틀러 매트릭스 층에서 상기 안테나 층으로 복수의 비아홀을 형성하는 단계를 포함하는 스위치 빔포밍 안테나 제조 방법.

Laminating the first substrate and the second substrate by coating a prepreg on one surface of the first substrate having a first dielectric constant and one surface of the second substrate having a second dielectric constant;
Forming a Butler matrix layer on the other surface of the first substrate;
Forming an antenna layer on the other surface of the second substrate; And
And forming a plurality of via holes from the Butler matrix layer to the antenna layer.

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013511185A (en) * 2009-11-16 2013-03-28 マクマナス,ニール Modular phased array antenna

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013511185A (en) * 2009-11-16 2013-03-28 マクマナス,ニール Modular phased array antenna

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