KR102221818B1 - Multi-layer antenna using dielectric open type cavity - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 안테나 방사체의 모양 및 구조에 제한을 받지 않으면서도 방사체의 반구영역에서 넓은 빔폭을 만들 수 있는 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer antenna using an open dielectric cavity, and more particularly, a multilayer using an open dielectric cavity capable of creating a wide beam width in the hemisphere region of the radiator without being limited by the shape and structure of the antenna radiator. It relates to the antenna.
배열 안테나를 사용하는 빔포밍(beamforming) 기술의 활용 범위와 응용 분야가 확대됨에 따라 3차원 공간에서 음영 영역 없이 빔을 성형 또는 스캔할 수 있는 안테나 기술에 대한 필요성이 증가하고 있다.As the application range and application fields of a beamforming technology using an array antenna expand, there is an increasing need for an antenna technology capable of shaping or scanning a beam without a shadow area in a three-dimensional space.
배열 안테나의 빔포밍 성능은 단일 안테나의 빔 패턴(element pattern)과 배열 인자(array factor)의 조합으로 만들어지기 때문에 단일 안테나 소자의 성능이 매우 중요하다.Since the beamforming performance of an array antenna is made by a combination of an element pattern and an array factor of a single antenna, the performance of a single antenna element is very important.
즉, 고성능 빔포밍 기술을 사용하기 위해서는 높은 이득을 유지하면서도 3차원 영역에 대해 넓은 빔폭(Beam Width)을 갖는 단일 안테나 소자가 필요하다.That is, in order to use a high-performance beamforming technology, a single antenna element having a wide beam width in a 3D area while maintaining high gain is required.
한편, 가장 널리 쓰이는 패치(Patch) 타입의 안테나는 도 1에 도시된 바와 같다.Meanwhile, the most widely used patch type antenna is as shown in FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이 패치(Patch) 타입의 안테나는 유전체를 기준으로 위 레이어에 안테나 방사체가 존재하고 바닥 레이어는 그라운드로 구성된다. 바닥 레이어에 안테나에 신호를 인가하기 위한 급전부를 예시로 표기했지만, 급전부의 위치 및 방법은 제한되지 않는다. As shown in FIG. 1, in the patch-type antenna, an antenna radiator is present in an upper layer based on a dielectric material, and a bottom layer is composed of a ground. Although the feeder for applying a signal to the antenna on the bottom layer is indicated as an example, the position and method of the feeder are not limited.
상술한 바와 같은 구조의 패치(Patch) 타입의 안테나는 제작이 쉽고, 이득이 높은 장점이 있지만, 빔이 방사되어 이득이 3-dB 떨어지는 범위(Half Power Band Width; HPBW)는 약 ±45도이며, 이득이 0-dB가 되는 범위는 약 ±60도로 반구영역 기준(±90)도를 기준으로 나머지 범위에서는 빔이 생성되지 않는 문제점이 있다.The patch type antenna having the structure as described above is easy to manufacture and has the advantage of high gain, but the range (Half Power Band Width; HPBW) is about ±45 degrees, where the gain is reduced by 3-dB due to the radiation of the beam. , The range in which the gain is 0-dB is about ±60 degrees, and there is a problem that the beam is not generated in the remaining range based on the reference (±90) of the hemisphere area.
또한, 기존에 사용되는 캐비티 패치 안테나 구조는 도 2에 도시된 바와 같다.In addition, the structure of a previously used cavity patch antenna is as shown in FIG. 2.
도 2에 도시된 바와 같이 기존에 사용되는 캐비티 패치 안테나 구조는 급전부와 안테나 방사체 사이에 캐비티가 형성되도록 주위의 도체 레이어들을 그라운드로 연결하여 사용한다. As shown in FIG. 2, in the conventional cavity patch antenna structure, the surrounding conductor layers are connected to the ground so that a cavity is formed between the feeder and the antenna radiator.
상술한 바와 같이 기존에도 안테나 방사체와 급전부 사이에 캐비티(Cavity)를 만들어 급전 효율을 높이는 캐비티 백(cavity-back) 구조가 있었지만, 안테나의 빔폭은 넓어지지 않는다는 문제점이 있다.As described above, although there is a cavity-back structure that increases power supply efficiency by creating a cavity between the antenna radiator and the power supply unit, there is a problem that the beam width of the antenna is not widened.
안테나로부터 형성되는 전자기 필드(electromagnetic field)는 유전체 기판(substrate) 또는 기타 다른 매질(medium)의 특성 및 구조에 따라 필드가 분포 또는 형성되는 모양이 변할 수 있다. The electromagnetic field formed from the antenna may change a shape in which the field is distributed or formed according to the characteristics and structure of a dielectric substrate or other medium.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 회로 기판에 집적된 안테나 방사체 주위 영역을 자유공간으로만 구성하지 않고, 방사체 주위에 유전체를 적층시켜 방사체와의 단차를 만들고 분포되는 필드의 범위를 넓혀서 안테나로부터 형성되는 전체적인 빔폭을 넓히는 구조의 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나를 제공하는데 목적이 있다.Accordingly, in order to solve the above-described problem, the present invention does not constitute only a free space around the antenna radiator integrated on a circuit board, but by stacking a dielectric around the radiator to create a step difference with the radiator and to reduce the range of the distributed field. An object of the present invention is to provide a multilayer antenna utilizing an open dielectric cavity having a structure that widens the overall beam width formed from the antenna by widening it.
또한, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 적층된 유전체를 주위에 도체로 가이드 링 또는 개방형 링 등의 형태로 추가할 경우 빔폭을 더욱 넓힐 수 있는 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나를 제공하는데 목적이 있다.In addition, in order to solve the above-described problem, the present invention provides a multilayer antenna utilizing a dielectric open-type cavity capable of further widening a beam width when a stacked dielectric is added in the form of a guide ring or an open ring as a conductor around it. There is a purpose.
또한, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 방사체 주위에 적층되는 유전체의 높이, 방사체와의 간격, 유전체의 유전율(permittivity) 그리고 적층된 유전체 주위에 추가되는 가이드 링의 모양을 설계 변수로 가지는 유전체 개방형 캐비티 기술을 적용하여 안테나의 모든 평면에 대해 빔폭을 넓힐 수 있는 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나를 제공하는데 목적이 있다.In addition, in order to solve the above-described problem, the present invention has as a design variable the height of the dielectric stacked around the radiator, the distance between the radiator, the dielectric constant, and the shape of the guide ring added around the stacked dielectric. An object of the present invention is to provide a multilayer antenna utilizing an open dielectric cavity that can widen the beam width for all planes of the antenna by applying the dielectric open cavity technology.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나는 하부 레이어에 형성된 접지부; 상기 접지부와 동일한 레이어에 형성되어 신호를 인가받는 급전부; 상기 접지부 및 급전부의 상부 레이어에 형성되어 상기 급전부로 인가되는 신호를 자유공간으로 복사하는 방사체; 중앙이 천공되어 있고 상기 방사체에 적층되어 상기 방사체와 단차를 만드는 유전체; 상기 유전체가 상기 방사체에 적층됨에 따라 형성되는 개방형 캐비티; 및 상기 유전체 중앙의 천공된 부분으로 노출되고, 상기 급전부와 급전라인으로 연결되어, 상기 급전부로 인가되는 신호를 상기 개방형 캐비티를 통해 방사시키는 방사패치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a multilayer antenna using an open dielectric cavity according to the present invention includes: a ground portion formed on a lower layer; A power supply unit formed on the same layer as the ground unit to receive a signal; A radiator formed on an upper layer of the ground part and the feed part to copy a signal applied to the feed part to a free space; A dielectric material having a perforated center and stacked on the radiator to create a step difference from the radiator; An open cavity formed as the dielectric is stacked on the radiator; And a radiation patch that is exposed to the perforated portion of the dielectric center, is connected to the power supply unit through a power supply line, and radiates a signal applied to the power supply unit through the open cavity.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 유전체는 분포되는 필드의 범위를 넓혀서 안테나로부터 형성되는 빔폭을 넓히는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above-described object, the dielectric of a multilayer antenna using the dielectric open-type cavity according to the present invention is characterized by widening a range of a distributed field to widen a beam width formed from the antenna.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나는 상기 빔폭을 추가로 넓힐 수 있도록 상기 유전체 중앙의 천공된 부분의 주위로 형성된 도체의 가이드 링;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the multilayer antenna using the dielectric open-type cavity according to the present invention further includes a guide ring of a conductor formed around the perforated portion of the center of the dielectric so as to further widen the beam width. It is characterized by that.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 가이드 링은 개방 구간이 있는 불연속한 가이드 링, 또는 개방 구간이 없는 연속한 가이드 링인 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the guide ring of the multilayer antenna using the dielectric open-type cavity according to the present invention is characterized in that it is a discontinuous guide ring with an open section or a continuous guide ring without an open section.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나는 상기 방사체 상에 적층되는 상기 유전체를 접착하기 위해 상기 방사체와 상기 유전체 사이에 개재되는 프리프레그;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the multilayer antenna using the dielectric open-type cavity according to the present invention further includes a prepreg interposed between the radiator and the dielectric to adhere the dielectric to be stacked on the radiator. It is characterized by that.
본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나는 기존 안테나 구조에 상관없이 유전체 개방형 캐비티 기술 적용이 가능한 효과가 있고, 적용 구조가 간단하며 유전율 선택의 자유도가 높아 활용성이 높은 효과가 있다.The multilayer antenna using the dielectric open-type cavity according to the present invention has the effect that the dielectric open-type cavity technology can be applied regardless of the existing antenna structure, the application structure is simple, and the degree of freedom of selection of the permittivity is high, and thus the utility is high.
또한, 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나는 안테나의 빔폭(Beamwidth)를 넓힐 수 있는 효과가 있고, 유전체 조건을 조절해서 안테나 사이즈를 소형화할 수 있는 효과가 있으며, 캐비티 주위에 가이드 링 형태의 도체를 둘러 추가적인 빔폭 조절이 가능한 효과가 있다.In addition, the multilayer antenna using the dielectric open-type cavity according to the present invention has the effect of increasing the beamwidth of the antenna, has the effect of reducing the size of the antenna by adjusting the dielectric condition, and has a guide ring around the cavity. There is an effect that additional beam width can be adjusted around the shaped conductor.
도 1은 기존 패치(Patch) 타입의 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 기존 캐비티 패치 안테나 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 단면구조와 사시도를 도시한 도면이다.
도 4는 가이드 링이 형성된 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 단면 구조와 사시도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 파라미터를 표시한 단면도와 정면도 이다.
도 6은 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 성능을 비교하기 위한 상이한 형태의 안테나를 도시한 도면이다.
도 7은 개방형 유전체 캐비티를 활용한 패치 안테나의 높이 및 유전율에 따른 YZ-평면, XZ-평면의 빔폭과 이득변화 그래프 도면이다.
도 8은 유전체 개방형 캐비티에 가이드 링을 추가할 경우 빔폭의 변화를 도시한 도면이다.
도 9는 안테나의 유형에 따른 이득 및 빔폭 등 측정결과를 정리한 도면이다.
도 10은 안테나 유형에 따른 대역폭 특성의 시뮬레이션 값과 측정값에 대한 그래프 도면이다.1 is a diagram showing a conventional patch (Patch) type antenna structure.
2 is a diagram showing a structure of a conventional cavity patch antenna.
3 is a diagram showing a cross-sectional structure and a perspective view of a multilayer antenna using an open dielectric cavity according to the present invention.
4 is a diagram showing a cross-sectional structure and a perspective view of a multilayer antenna utilizing an open dielectric cavity according to the present invention in which a guide ring is formed.
5 is a cross-sectional view and a front view showing parameters of a multilayer antenna using an open dielectric cavity according to the present invention.
6 is a diagram illustrating different types of antennas for comparing the performance of a multilayer antenna using an open dielectric cavity according to the present invention.
7 is a graph of changes in beam widths and gains in the YZ-plane and XZ-plane according to the height and dielectric constant of a patch antenna using an open dielectric cavity.
8 is a diagram illustrating a change in a beam width when a guide ring is added to the dielectric open-type cavity.
9 is a diagram showing measurement results such as gain and beam width according to the type of antenna.
10 is a graph of a simulation value and a measurement value of a bandwidth characteristic according to an antenna type.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.
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 is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나에 대해 설명한다.Hereinafter, a multilayer antenna using an open dielectric cavity according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 구조를 도시한 도면이다.3 is a diagram showing the structure of a multilayer antenna using an open dielectric cavity according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나는 접지부(100), 급전부(200), 방사체(300), 프리프레그(400), 유전체(500), 방사패치(600), 및 개방형 캐비티(700)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the multilayer antenna using the dielectric open-type cavity according to the present invention includes a
상기 접지부(100)는 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 최저부에 형성된다.The
상기 급전부(200)는 상기 접지부(100)와 접촉하지 않고 해당 접지부(100)와 동일한 위치의 레이어에 가로방향으로 이격되게 형성되어, 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나에 신호를 인가받는다.The
상기 급전부(200)의 위치 및 급전 방법은 상술한 내용에 제한되지 않는다.The location of the
상기 방사체(300)는 상기 접지부(100) 및 급전부(200)의 상부 레이어에 형성되어 전자기파를 복사하는 구성으로 상기 급전부(200)로 인가되는 신호를 자유공간으로 복사한다.The
상기 프리프레그(400)는 상기 방사체(300) 상에 적층되는 상기 유전체(500)를 접착하기 위해 상기 방사체(300)와 상기 유전체(500) 사이에 추가로 개재되는 접착시트(sheet)로 제작상 필요한 구성이며, 전기적 특성에는 큰 영향을 미치지 않는다.The
상기 유전체(500)는 상기 방사체(300) 주위에 적층되어 상기 방사체(300)와의 단차를 만들고, 분포되는 필드의 범위를 넓혀서 안테나로부터 형성되는 전체적인 빔폭을 넓힌다.The
상기 방사패치(600)는 상기 급전부(200)와 급전라인을 통해 연결되어, 상기 급전부(200)로 인가되는 신호를 전달받아 방사시킨다.The
상기 개방형 캐비티(700)는 상기 유전체(500)의 중앙이 사각으로 천공되어 상기 방사체(300)에 적층됨에 따라 상기 방사패치(600)가 노출되도록 안테나 위쪽 자유공간으로 개방되게 형성된다.The
한편, 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 유전체(500) 주위에 개방 구간이 있는 불연속한(또는 개방 구간이 없는 연속한) 도체 가이드 링(800)을 형성하여 빔폭을 추가로 넓힐 수 있다.Meanwhile, the multilayer antenna using the dielectric open-type cavity according to the present invention is a discontinuous (or continuous)
특히, 상기 가이드 링(800)에서 불연속한 개방된 구간이 있는 것은 빔의 널을 보정하고, 빔이 균일하게 방사될 수 있도록 하기 위함이다.Particularly, the reason why there is a discontinuous open section in the
한편, 상기 유전체(500)의 두께를 두껍게 할 필요 없이, 상기 가이드 링(800)을 형성시켜 빔폭을 확장시킬 수 있어, 다양한 디자인이 가능하다.On the other hand, without the need to increase the thickness of the dielectric 500, the
상기 방사체(300)와 상기 유전체(500)는 유전율이 같은 종류, 또는 유전율이 상이한 다른 종류 여도 무방하다.The
본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티 기술은 기존 모든 안테나에 추가적으로 적용될 수 있기 때문에, 가장 널리 사용되는 패치를 예시로 상세한 설명을 작성하였다. 일반적인 패치를 설계하는 파라미터를 제외하고, 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나 구조의 설계 및 적용시 필요한 파라미터들은 도 5에 도시된 바와 같다. Since the dielectric open cavity technology according to the present invention can be additionally applied to all existing antennas, a detailed description has been made using the most widely used patch as an example. Except for the parameters for designing a general patch, parameters necessary for designing and applying a multilayer antenna structure using an open dielectric cavity according to the present invention are as shown in FIG. 5.
도 5에서 G는 적층되어 개방형 캐비티를 이루는 상기 유전체(500)와 방사패치(600) 사이의 간격, H는 적층되는 상기 유전체(500)의 높이, W는 방사체(300)에 적층된 유전체 위에 집적되는 가이드 링(800) 도체의 두께, L은 상기 가이드 링(800)의 길이, S는 가이드 링(800) 사이의 개방 간격, εr1과 εr2는 각 유전체의 유전율을 나타낸다. 상기 가이드 링(800)의 개방 구간은 사용되는 안테나 방사체의 특성에 따라 존재할 수도 있고, 존재하는 위치가 변할 수도 있다.In FIG. 5, G is the distance between the dielectric 500 and the
본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나의 성능 검증을 위해 도 6a에 도시된 바와 같이 일반 패치 안테나, 도 6b에 도시된 바와 같이 유전체 개방형 캐비티 패치 안테나, 도 6c에 도시된 바와 같이 유전체 개방형 캐비티에 폐쇄형 가이드 링이 형성된 안테나, 및 도 6d에 도시된 바와 같이 유전체 개방형 캐비티에 개방형 링이 형성된 안테나를 제작하여 비교하였다.In order to verify the performance of a multilayer antenna using an open dielectric cavity according to the present invention, a general patch antenna as shown in FIG. 6A, a dielectric open cavity patch antenna as shown in FIG. 6B, and a dielectric open type as shown in FIG. 6C An antenna having a closed guide ring formed in the cavity, and an antenna having an open ring formed in the dielectric open cavity as shown in FIG. 6D were fabricated and compared.
그리고, 유전체 개방형 캐비티 (가이드 링 미포함)에 의한 빔폭 증가 효과를 확인하기 위해 유전율 Air(εr=1), TLX-9(εr=2.5), RO4003C(εr=3.38), FR4(εr=4.3) 변화와 적층된 캐비티 높이 H의 변화에 따른 각 평면 빔폭 및 이득 변화를 시뮬레이션 한 후 도 7과 같이 정리하였다.In addition, to check the effect of increasing the beam width due to the open dielectric cavity (without the guide ring), changes in permittivity Air (εr=1), TLX-9 (εr=2.5), RO4003C (εr=3.38), and FR4 (εr=4.3) After simulating the changes in the beam width and gain of each plane according to the change in the height H of the stacked cavity and, it is summarized as shown in FIG. 7.
도 7에 정리된 바와 같이 상기 캐비티 높이(H)가 증가할수록 이에 비례하여 YZ-평면, 및 XZ-평면에서 각 평면 빔폭이 증가하고, 반대로 피크 이득은 반비례하여 감소하는 것을 알 수 있다.As summarized in FIG. 7, it can be seen that as the cavity height H increases, the beam width of each plane in the YZ-plane and the XZ-plane increases in proportion to this, and the peak gain decreases in inverse proportion.
한편, 유전체 개방형 캐비티에 가이드 링을 추가할 경우 빔폭이 더 증가할 수 있으며 일반적인 패치 안테나와 특성을 비교하여 정리하면 도 8에 도시된 바와 같다.On the other hand, when a guide ring is added to the dielectric open-type cavity, the beam width may be further increased, and the characteristics of a general patch antenna are compared and summarized as shown in FIG. 8.
또한, 그라운드 사이즈를 1.1λ0×1.1λ0 로 한정하고 제작한 안테나의 측정결과를 정리하면 도 9에 도시된 바와 같다.In addition, the ground size is limited to 1.1λ 0 × 1.1λ 0 and the measurement results of the manufactured antenna are summarized as shown in FIG. 9.
도 9에 정리된 바와 같이 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나가 가이드 링 또는 개방형 가이드 링을 포함하는 경우 xz평면, yz평면에서 이득에는 큰 영향을 미치지 않지만, 빔폭은 향상되는 것을 알 수 있다.As summarized in FIG. 9, when the multilayer antenna utilizing the dielectric open cavity according to the present invention includes a guide ring or an open guide ring, it has been found that the gain is not significantly affected in the xz plane and the yz plane, but the beam width is improved. I can.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나를 포함한 상이한 구조의 안테나들의 대역폭 특성을 살펴보면 시뮬레이션 값과 실제 측정값이 상당히 유사함을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 10, it can be seen that the simulated value and the actual measured value are quite similar when looking at the bandwidth characteristics of the antennas of different structures including the multilayer antenna using the dielectric open cavity according to the present invention.
따라서, 본 발명에 실행된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments implemented in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100 : 접지부
200 : 급전부
300 : 방사체
400 : 프리프레그
500 : 유전체
600 : 방사패치
700 : 개방형 캐비티
800 : 도체 가이드 링100: ground part
200: power supply
300: emitter
400: prepreg
500: dielectric
600: radiation patch
700: open cavity
800: conductor guide ring
Claims (5)
상기 접지부와 동일한 레이어에 형성되어 신호를 인가받는 급전부;
상기 접지부 및 급전부의 상부 레이어에 형성되어 상기 급전부로 인가되는 신호를 자유공간으로 복사하는 방사체;
중앙이 천공되어 있고 상기 방사체에 적층되어 상기 방사체와 단차를 만드는 유전체;
상기 유전체가 상기 방사체에 적층됨에 따라 상방으로 형성되는 개방형 캐비티;
상기 유전체 중앙의 천공된 부분으로 노출되고, 상기 급전부와 급전라인으로 연결되어, 상기 급전부로 인가되는 신호를 상기 개방형 캐비티를 통해 방사시키는 방사패치; 및
안테나로부터 형성되는 빔폭을 확장할 수 있도록 상기 유전체 중앙의 천공된 부분의 주위로 형성된 도체의 가이드 링을 포함하는 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나.A ground part formed on the lower layer;
A power supply unit formed on the same layer as the ground unit to receive a signal;
A radiator formed on an upper layer of the ground part and the feed part to radiate a signal applied to the feed part to a free space;
A dielectric material having a perforated center and stacked on the radiator to create a step difference from the radiator;
An open cavity formed upward as the dielectric material is stacked on the radiator;
A radiation patch that is exposed through a perforated portion of the dielectric center, is connected to the power supply unit through a power supply line, and radiates a signal applied to the power supply unit through the open cavity; And
A multilayer antenna utilizing an open dielectric cavity including a guide ring of a conductor formed around a perforated portion in the center of the dielectric so as to expand a beam width formed from the antenna.
상기 유전체는
분포되는 필드의 범위를 넓혀서 상기 안테나로부터 형성되는 빔폭을 확장하는 것을 특징으로 하는 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나.The method of claim 1,
The dielectric is
A multilayer antenna using an open dielectric cavity, characterized in that the beam width formed from the antenna is expanded by expanding a range of a distributed field.
상기 가이드 링은
개방 구간이 있는 불연속한 가이드 링, 또는 개방 구간이 없는 연속한 가이드 링인 것을 특징으로 하는 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나.The method of claim 1,
The guide ring
A multilayer antenna utilizing an open dielectric cavity, characterized in that it is a discontinuous guide ring with an open section or a continuous guide ring without an open section.
상기 방사체 상에 적층되는 상기 유전체를 접착하기 위해 상기 방사체와 상기 유전체 사이에 개재되는 프리프레그;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 개방형 캐비티를 활용한 다층 안테나.The method of claim 4,
A multilayer antenna using an open dielectric cavity, further comprising a prepreg interposed between the radiator and the dielectric to adhere the dielectric layered on the radiator.
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| KR1020190110907A KR102221818B1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Multi-layer antenna using dielectric open type cavity |
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2019
- 2019-09-06 KR KR1020190110907A patent/KR102221818B1/en active IP Right Grant
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