KR102252220B1 - Dipole antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 안테나 패턴 및 상기 안테나 패턴의 중앙에 배치된 분할고리공진기를 포함하는 다이폴 안테나를 제공함에 있다.The present invention is to provide a dipole antenna including an antenna pattern and a split ring resonator disposed at the center of the antenna pattern.
Description
본 발명은 다이폴 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사물무선충전(WCoT:Wireless Charging of Things)을 실현하기 위하여 전파 환경내 기기의 전력 무선충전 및 데이터전송이 용이하도록 분할고리공진기(SRR:Split Ring Resonator)를 이용한 다이폴 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a dipole antenna, and more particularly, to realize wireless charging of things (WCoT), a split ring resonator (SRR: Split Ring) to facilitate wireless power charging and data transmission of devices in a radio wave environment. Resonator) using a dipole antenna.
기존의 무선 충전 방식을 이용하기 위해서는 무선충전 수신부에 공진 코일을 삽입하고, 상대적으로 큰 코일이 필요하며, 협대역의 공진 주파수에 대한 원활한 신호의 흐름을 위해서 수신코일과 신호변환단 사이에 별도의 매칭단을 삽입하여 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정해 주는 방식을 많이 사용하였다. In order to use the existing wireless charging method, a resonant coil is inserted into the wireless charging receiver, and a relatively large coil is required. A method of correcting the difference in impedance between the two connecting ends by inserting a matching end has been widely used.
또한, 자기공진 방식의 무선전력전송의 경우는 데이터 통신을 위한 통신용 복사소자를 추가 배치하여 제작 공간이 제한적이다.In addition, in the case of the magnetic resonance type wireless power transmission, a communication copy device for data communication is additionally arranged, so that the manufacturing space is limited.
종래의 무선 충전 방식은 충전 패드가 필요한 자기유도 및 자기공진 방식으로 일정 범위 내에서 가까운 거리에 충전 기기가 있어야 한다. 또한 무선 충전 디바이스와 충전 패드가 Peer to Peer(1:1)로 대응해야 하며, 충전거리의 한계를 가지고 있으며, 무선충전에 국한된다.The conventional wireless charging method is a magnetic induction and magnetic resonance method that requires a charging pad, and a charging device must be located within a certain range and at a close distance. In addition, the wireless charging device and the charging pad must respond to Peer to Peer (1:1), and have a limit on the charging distance, and are limited to wireless charging.
그러나 사물무선충전을 위하여 원거리 무선전력전송 기술인 라디오 주파수(RF:Radio Frequency) 기반의 충전 기술이 대두되면서, 실시간으로 무선 충전과 데이터 통신을 하면서 스마트 기기에 내장 가능한 소형이며 위치에 제한을 받지 않는 복사 특성을 가진 안테나가 필요하며, 이에 대한 연구가 진행 중에 있다.However, as charging technology based on radio frequency (RF), which is a remote wireless power transmission technology, has emerged for wireless charging of objects, it is a small size that can be embedded in smart devices while performing wireless charging and data communication in real time, and is not limited by location. An antenna with characteristics is required, and research on this is in progress.
본 발명의 목적은, 스마트폰과 스마트기기 등 이동통신 기기들의 다양성과 소형화 추세에서 전파 환경내 이들 기기의 무선전력충전 및 데이터 통신이 용이하도록 분할고리공진기(SRR:Split Ring Resonator)를 이용한 다이폴 안테나를 제공함에 있다.An object of the present invention is a dipole antenna using a split ring resonator (SRR) to facilitate wireless power charging and data communication of these devices in a radio wave environment in the trend of miniaturization and diversity of mobile communication devices such as smart phones and smart devices. In providing.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present invention. In addition, it will be easily understood that the objects and advantages of the present invention can be realized by the means shown in the claims and combinations thereof.
본 발명에 따른 다이폴 안테나는, 안테나 패턴 및 상기 안테나 패턴의 중앙에 배치된 분할고리공진기를 포함할 수 있다.The dipole antenna according to the present invention may include an antenna pattern and a split ring resonator disposed at the center of the antenna pattern.
본 발명에 따른 다이폴 안테나는, 복사 소자 중앙에 배치한 분할고리공진기를 이용한 임피던스 매칭(Impedance matching)으로써 안테나의 소형화 구현이 가능한 이점이 있다.The dipole antenna according to the present invention has the advantage of enabling miniaturization of the antenna by impedance matching using a split ring resonator disposed in the center of the radiation element.
또한, 본 발명에 따른 다이폴 안테나는, 단일 유전체 기판 구조로 제작이 용이하여 사물무선충전을 위한 다양한 스마트 기기에 적용 가능한 이점이 있다.In addition, the dipole antenna according to the present invention has an advantage that can be applied to various smart devices for wireless charging of things because it is easy to manufacture with a single dielectric substrate structure.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다. In addition to the above-described effects, specific effects of the present invention will be described together with explanation of specific matters for carrying out the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 다이폴 안테나에 적용되는 분할고리공진기의 전면 및 후면을 나타낸 도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 분할고리공진기의 반사 손실을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다이폴 안테나의 전면 및 후면을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다이폴 안테나의 반사 손실과 동일 면적의 일반적인 다이폴 안테나의 반사손실을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다이폴 안테나의 복사 특성을 나타낸 도이다.1 is a diagram showing the front and rear surfaces of a split ring resonator applied to a dipole antenna according to the present invention.
2 is a diagram showing the return loss of the divided ring resonator shown in FIG. 1.
3 is a diagram showing the front and rear surfaces of a dipole antenna according to the present invention.
4 is a diagram showing the return loss of the dipole antenna according to the present invention and the return loss of a general dipole antenna having the same area.
5 is a diagram showing the radiation characteristics of a dipole antenna according to the present invention.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, it should be noted that only parts necessary to understand the embodiments of the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to a conventional or dictionary meaning, and the inventor is appropriate as a concept of terms in order to describe his own invention in the best way It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention on the basis of the principle that it can be defined as such. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, and various equivalents that can replace them at the time of application It should be understood that there may be variations and variations.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 스마트 기기의 무선전력충전 및 데이터 통신을 위한 전파 환경내의 소형 안테나 설계 기법으로 유전체 기판에 분할고리공진기와 안테나 패턴으로 구성된다. 분할고리공진기는 안테나 패턴의 중앙에 위치하며, 두 분할 고리의 역방향 결합을 통해 다른 구조의 공진기들 보다 더 큰 품질 인자(Quality factor)값을 얻을 수 있으므로 다른 마이크로 스트립 매칭단에 비해 사이즈가 줄여서 안테나의 소형화 설계를 가능하도록 한다.The present invention is a method of designing a small antenna in a radio wave environment for wireless power charging and data communication of a smart device, and is composed of a divided ring resonator and an antenna pattern on a dielectric substrate. The split-ring resonator is located in the center of the antenna pattern, and the size of the antenna is reduced compared to other microstrip matching ends because it can obtain a larger quality factor value than other resonators of other structures through reverse coupling of the two split-rings. It enables the miniaturization of the design.
도 1은 본 발명에 따른 다이폴 안테나에 적용되는 분할고리공진기의 전면 및 후면을 나타낸 도이다.1 is a diagram showing the front and rear surfaces of a split ring resonator applied to a dipole antenna according to the present invention.
도 1을 참조하면, 분할고리공진기는 2.4GHz Wi-Fi 주파수 대역에서 동작하는 분할고리공진기로써 유전체 기판의 두께는 0.5mm이고 유전율(εr)은 3.5일 수 있다.Referring to FIG. 1, the divided ring resonator is a divided ring resonator operating in a 2.4 GHz Wi-Fi frequency band, and the thickness of the dielectric substrate may be 0.5 mm and the dielectric constant εr may be 3.5.
여기서, 도 1(a)는 분할고리공진기의 전면을 나타내며, 도 1(b)는 분할고리공진기의 후면을 나타낸다.Here, Fig. 1(a) shows the front side of the split ring resonator, and Fig. 1(b) shows the rear side of the split ring resonator.
분할고리공진기는 고리 일부를 절단한 C형 루프를 역방향으로 결합한 메타 물질 특성을 가진 분할고리공진기이며, 고리의 라인 길이는 인덕턴스 값을 가지며, 절단된 간격과 역방향결합 간격은 커패시터 값을 갖는다. 본 실시 예에서는 라인 폭(w)은 1.10mm이며, 고리의 절단된 간격(g)은 1.65mm이다. 각 분할 고리의 간격(s)은 0.825mm일 수 있다.The split ring resonator is a split ring resonator having metamaterial properties in which a C-type loop cut off a part of a ring is coupled in a reverse direction, and the line length of the ring has an inductance value, and the cut gap and the reverse coupling gap have a capacitor value. In this embodiment, the line width w is 1.10 mm, and the cut gap g of the rings is 1.65 mm. The spacing (s) of each split ring may be 0.825mm.
도 2는 도 1에 나타낸 분할고리공진기의 반사 손실을 나타낸 도이다.2 is a diagram showing the return loss of the divided ring resonator shown in FIG. 1.
도 2를 참조하면, 분할고리공진기는 Wi-Fi 주파수 대역내에서의 주파수 특성, 즉 반사 손실을 가질 수 있다.Referring to FIG. 2, the divided ring resonator may have a frequency characteristic, that is, a return loss, within a Wi-Fi frequency band.
도 3은 본 발명에 따른 다이폴 안테나의 전면 및 후면을 나타낸 도이다.3 is a diagram showing the front and rear surfaces of a dipole antenna according to the present invention.
도 3을 참조하면, 다이폴 안테나는 중앙에 분할고리공진기를 배치한 구조로 메타 물질 특성으로 인하여 다이폴 안테나의 전기적 길이를 줄이는 구조이다. 여기서 복사 소자의 길이(L)는 32.00mm일 수 있다.Referring to FIG. 3, the dipole antenna has a structure in which a split ring resonator is disposed in the center, and has a structure that reduces the electrical length of the dipole antenna due to metamaterial properties. Here, the length L of the radiation element may be 32.00 mm.
여기서, 도 3(a)는 다이폴 안테나의 전면을 나타내고, 도 3(b)는 다이폴 안테나의 후면을 나타낸다.Here, FIG. 3(a) shows the front surface of the dipole antenna, and FIG. 3(b) shows the rear surface of the dipole antenna.
도 4는 본 발명에 따른 다이폴 안테나의 반사 손실과 동일 면적의 일반적인 다이폴 안테나의 반사손실을 나타낸 도이다.4 is a diagram showing the return loss of the dipole antenna according to the present invention and the return loss of a general dipole antenna having the same area.
도 4와 같이, 분할고리공진기 다이폴 안테나가 동일 면적을 갖는 다이폴 안테나 보다 하향 주파수 동작 특성을 보여 전기적 파장 길이를 줄이는 효과를 가지게 되어 소형 안테나 설계를 구현할 수 있다.As shown in FIG. 4, the dipole antenna of the divided ring resonator exhibits downward frequency operation characteristics compared to the dipole antenna having the same area, and thus has the effect of reducing the electric wavelength length, thereby implementing a small antenna design.
도 5는 본 발명에 따른 다이폴 안테나의 복사 특성을 나타낸 도이다.5 is a diagram showing the radiation characteristics of a dipole antenna according to the present invention.
도 5와 같이, 분할고리공진기 다이폴 안테나의 복사 특성으로 중앙에 배치된 분할고리공진기는 안테나 복사 특성에 변화를 주지 않고 전방향성 복사 패턴을 가질 수 있다.As shown in FIG. 5, the divided ring resonator disposed in the center due to the radiation characteristics of the dipole antenna of the divided ring resonator may have an omni-directional radiation pattern without changing the antenna radiation characteristics.
도 5(a)는 수직 복사 패턴을 나타내고, 도 5(b)는 수평 복사 패턴을 나타낸다.Fig. 5(a) shows a vertical copy pattern, and Fig. 5(b) shows a horizontal copy pattern.
본 발명에서 기술한 소형 안테나 설계 기법에 대한 실시 예로서 다양한 스마트 기기에 내장하여 무선전력충전과 데이터 통신이 가능한 소형 안테나 구조를 가질 수 있다.As an embodiment of the small antenna design technique described in the present invention, it may have a small antenna structure capable of wireless power charging and data communication by being embedded in various smart devices.
본 발명은, 무선전력전송과 데이터 통신을 위하여 라디오 주파수(RF:Radio Frequency)를 사용하고 전력을 송신하는 송신단과 전력을 수신하는 디바이스를 갖는 구조, 그리고 전력 수신디바이스에서의 다이폴 안테나 구조 및 라디오 주파수를 사용하여 단일 안테나 구조를 이용한 무선전력전송과 데이터 통신을 선택적 사용이 가능한 구조, 분할고리공진기(SRR:Split Ring Resonator)와 다이폴 안테나가 단일 유전체 기판에 형성되는 구조, 분할고리공진기를 동일 기판의 복사소자 중앙에 배치하는 구조, 분할고리공진기를 중심으로 기판의 양측 면에 역방향 결합을 갖는 안테나 구조, 분할고리공진기는 고리 일부를 절단한 C형 루프 패턴을 역방향으로 결합한 메타 물질 특성을 가지며, 메타 물질인 분할고리공진기를 이용하여 안테나와 신호변환기 사이에 별도의 매칭단을 두지 않는 구조일 수 있다.The present invention uses a radio frequency (RF) for wireless power transmission and data communication, a structure having a transmitting end that transmits power and a device that receives power, and a structure of a dipole antenna and a radio frequency in the power receiving device. A structure in which wireless power transmission and data communication using a single antenna structure can be selectively used, a structure in which a split ring resonator (SRR) and a dipole antenna are formed on a single dielectric substrate, and a split ring resonator on the same substrate. The structure placed in the center of the radiation element, the antenna structure having reverse coupling on both sides of the substrate with the split ring resonator as the center, the split ring resonator has meta-material properties in which a C-shaped loop pattern cut off a part of the ring is combined in the reverse direction. It may have a structure that does not have a separate matching end between the antenna and the signal converter by using a material divided ring resonator.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the embodiments above are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Further, the features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment may be combined or modified for other embodiments by a person having ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong. Therefore, contents related to such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the present invention.
또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the embodiments have been described above, these are only examples and do not limit the present invention, and those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs are illustrated above without departing from the essential characteristics of the present embodiment. It will be seen that various modifications and applications that have not been made are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.
Claims (8)
상기 유전체 기판의 후면에 형성된 안테나 패턴; 및
상기 유전체 기판의 전면에 형성되며, 상기 안테나 패턴의 중앙에 배치되며, 고리의 일부가 절단된 C형 루프 패턴으로 형성되는 복수의 분할고리공진기;를 포함하고,
상기 분할고리공진기는,
제1 분할고리공진기; 및
상기 제1 분할고리공진기의 안쪽에 배치되는 제2 분할고리공진기;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 분할고리공진기는 절단된 부분이 서로 역 방향에 결합한 메타 물질 특성을 갖고,
상기 제1 및 제2 분할고리공진기는 절단된 폭이 동일하고,
상기 제1 및 제2 분할고리공진기는 길이가
인덕턴스 값을 결정하고,
상기 제1 및 제2 분할고리공진기 간의 간격과 절단된 폭이 커패시커 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 다이폴 안테나.A dielectric substrate having a front surface and a rear surface opposite to the front surface;
An antenna pattern formed on the rear surface of the dielectric substrate; And
A plurality of split ring resonators formed on the entire surface of the dielectric substrate, disposed in the center of the antenna pattern, and formed in a C-shaped loop pattern in which a part of the ring is cut, including,
The split ring resonator,
A first split ring resonator; And
Including; a second split ring resonator disposed inside the first split ring resonator,
The first and second divided ring resonators have meta-material properties in which cut portions are bonded in opposite directions to each other,
The first and second divided ring resonators have the same cut width,
The first and second split ring resonators have a length
Determine the inductance value,
A dipole antenna, characterized in that a distance between the first and second divided ring resonators and a cut width determine a capacitor value.
상기 안테나 패턴은 상기 제1 및 제2 분할고리공진기의 절단된 부분을 통과하는 직선형의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이폴 안테나.The method of claim 1,
The antenna pattern comprises a linear pattern passing through the cut portions of the first and second split ring resonators.
상기 유전체 기판의 전면과 후면에 형성된 안테나 패턴; 및
상기 유전체 기판의 전면에 형성되며, 상기 안테나 패턴의 중앙에 배치되며, 고리의 일부가 절단된 C형 루프 패턴으로 형성되는 복수의 분할고리공진기;를 포함하고,
상기 분할고리공진기는,
제1 분할고리공진기; 및
상기 제1 분할고리공진기의 안쪽에 배치되는 제2 분할고리공진기;를 포함하고,
상기 제1 및 제2 분할고리공진기는 절단된 부분이 서로 역 방향에 결합한 메타 물질 특성을 갖고,
상기 제1 및 제2 분할고리공진기는 길이가
인덕턴스 값을 결정하고,
상기 제1 및 제2 분할고리공진기 간의 간격과 절단된 폭이 커패시커 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 다이폴 안테나.A dielectric substrate having a front surface and a rear surface opposite to the front surface;
Antenna patterns formed on the front and rear surfaces of the dielectric substrate; And
A plurality of split ring resonators formed on the entire surface of the dielectric substrate, disposed in the center of the antenna pattern, and formed in a C-shaped loop pattern in which a part of the ring is cut, including,
The split ring resonator,
A first split ring resonator; And
Including; a second split ring resonator disposed inside the first split ring resonator,
The first and second divided ring resonators have meta-material properties in which cut portions are bonded in opposite directions to each other,
The first and second split ring resonators have a length
Determine the inductance value,
A dipole antenna, characterized in that a distance between the first and second divided ring resonators and a cut width determine a capacitor value.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |