KR102254173B1 - Polarization antenna - Google Patents

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KR102254173B1
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홍원빈
박준호
성희창
신준영
강성용
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에스케이텔레콤 주식회사
포항공과대학교 산학협력단
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines

Abstract

본 발명은, 슬림한 평면형 구조(예: 단말)에 적용 가능한, 초 고주파 대역(mmWave 대역)의 수직 편파 안테나의 새로운 구조를 제안하는 기술이다.The present invention is a technology that proposes a new structure of a vertically polarized antenna of an ultra high frequency band (mmWave band) applicable to a slim planar structure (eg, a terminal).

Description

편파 안테나{POLARIZATION ANTENNA}Polarization antenna {POLARIZATION ANTENNA}

본 발명은, 평면형 구조에 적용 가능한 수직 편파 안테나를 구현하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for implementing a vertically polarized antenna applicable to a planar structure.

5G 통신시스템에서는, 현재 LTE(4G) 통신시스템에서 사용하고 있는 주파수 대역 대비, 초 고주파 대역(mmWave 대역)을 사용하게 된다.In the 5G communication system, an ultra-high frequency band (mmWave band) is used compared to the frequency band currently used in the LTE (4G) communication system.

공기 중에서 진행하는 전파는, 전파 특성 상, 편파 손실(Polarization loss)이 발생하면 송수신 양단 간에 신호 감쇄가 발생하게 된다.The propagation propagating in the air causes signal attenuation between both ends of transmission and reception when polarization loss occurs due to propagation characteristics.

한편, 이동통신 시스템에서는 송수신 양단을 기지국 및 단말로 볼 수 있는데, 고정된 기지국 향 안테나 대비 단말 안테나의 위치좌표는 항상 변화하게 되며, 단말 안테나의 위치좌표 변화로 인해 편파 손실(Polarization loss)이 발생하게 된다면 심각한 수준의 신호 감쇄가 발생할 수 있다.On the other hand, in a mobile communication system, both ends of transmission and reception can be viewed as a base station and a terminal, and the position coordinate of the terminal antenna is always changed compared to the fixed base station antenna, and polarization loss occurs due to the change in the position coordinate of the terminal antenna. If done, severe signal attenuation can occur.

특히, 직진성이 강한 초 고주파 대역(mmWave 대역)에서 단말 안테나의 Theta 방향 회전(위치좌표 변화)에 따른 편파 손실(Polarization loss)은, 실제 통신이 두절(wireless link loss)되는 상황까지 초래할 수 있다. In particular, polarization loss due to rotation of the terminal antenna in the theta direction (change of position coordinates) in an ultra-high frequency band (mmWave band) with strong linearity may lead to a situation in which actual communication is disrupted (wireless link loss).

이에, 초 고주파 대역(mmWave 대역)을 사용하는 5G 이동통신 시스템에서는, 단말 안테나의 위치좌표 변화가 동반되는 다양한 단말의 움직임에도 편파 손실이 발생하지 않도록 단말 안테나를 설계하는 것이 중요하다.Accordingly, in a 5G mobile communication system using an ultra-high frequency band (mmWave band), it is important to design a terminal antenna so that polarization loss does not occur even in the movement of various terminals accompanied by a change in the position coordinates of the terminal antenna.

한편, 수직 편파의 경우, 수평 편파 대비 동일 거리 진행 시 신호 감쇄가 상대적으로 작기 때문에, 이동통신 시스템에서는 단말에 수직 편파 안테나가 적용될 필요가 있다.Meanwhile, in the case of vertical polarization, since signal attenuation is relatively small when traveling the same distance compared to horizontal polarization, a vertical polarization antenna needs to be applied to a terminal in a mobile communication system.

결국, 초 고주파 대역(mmWave 대역)을 사용하는 5G 이동통신 시스템에서는, 편파 손실이 발생하지 않도록 설계된 안테나로서, 수평 편파 안테나 등 다양한 편파 안테나를 단말에 적용하는 것이 고려되겠지만, 특히 수직 편파 안테나를 단말에 적용하는 것은 필수적이라고 볼 수 있다.In the end, in 5G mobile communication systems using the ultra-high frequency band (mmWave band), as an antenna designed not to cause polarization loss, it will be considered to apply various polarized antennas such as horizontal polarized antennas to the terminal. It can be seen that it is essential to apply it to.

스마트폰, 패드 등 이동통신 시스템에서의 단말은, 넓이 대비 매우 작은 높이의 평면형 구조로 디자인되며, 향후에는 더욱 작은 높이의 더욱 슬림한 평면형 구조로 발전할 것이다.Terminals in mobile communication systems such as smartphones and pads are designed in a flat structure with a very small height compared to the width, and will develop into a slimmer flat structure with a smaller height in the future.

한편, 수직 편파 안테나는, 구조적인 특성 상 넓이 보다는 높이에 제약이 있으며, 현재까지 사용되고 있는 기존의 초 고주파 대역(mmWave 대역) 수직 편파 안테나는, 슬림한 평면형 구조의 단말에 적용하기에 높이 측면에서 부적절한 단점이 있다.On the other hand, the vertical polarization antenna is limited in height rather than width due to structural characteristics, and the existing ultra-high frequency band (mmWave band) vertically polarized antenna used to date is applied to a slim flat-type terminal in terms of height. There is an inadequate drawback.

이에, 본 발명에서는, 슬림한 평면형 구조(예: 단말)에 적용 가능한, 초 고주파 대역(mmWave 대역)의 수직 편파 안테나의 새로운 구조를 제안하고자 한다.Accordingly, in the present invention, a new structure of a vertically polarized antenna of an ultra high frequency band (mmWave band) that can be applied to a slim planar structure (eg, a terminal) is proposed.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 도달하고자 하는 목적은, 슬림한 평면형 구조(예: 단말)에 적용 가능한 새로운 구조의 초 고주파 대역(mmWave 대역) 수직 편파 안테나를 제공하는데 있다.The present invention was created in view of the above circumstances, and an object to be reached in the present invention is to provide an ultra-high frequency band (mmWave band) vertically polarized antenna of a new structure applicable to a slim planar structure (eg, terminal). have.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 편파 안테나는, 기 설정된 길이 및 폭을 갖는 슬롯(Slot)이 형성된 도체평판이 상기 슬롯의 길이 방향을 절곡선으로 하여 구부러진 형상으로, 상기 슬롯의 구부러진 개구면을 통해 수직 편파를 전후방으로 방사하는 개구면 안테나부; 및 상기 개구면 안테나부의 후방에 결합되어, 상기 구부러진 개구면을 통한 후방 방사의 진행을 차단하는 캐비티(Cavity)를 포함한다.A vertically polarized antenna according to an embodiment of the present invention for achieving the above object has a shape in which a conductor flat plate having a slot having a preset length and width formed is bent with the length direction of the slot as a bent line, and the An open surface antenna unit for radiating vertically polarized waves forward and backward through the bent opening surface of the slot; And a cavity coupled to the rear of the opening antenna unit to block progress of rear radiation through the bent opening surface.

구체적으로, 상기 캐비티는, 상기 구부러진 개구면을 통한 후방 방사가 상기 캐비티 내에서 공진하여 상기 구부러진 개구면을 통한 전방 방사에 결합되도록 하는 구조를 가질 수 있다.Specifically, the cavity may have a structure such that rear radiation through the bent opening surface resonates within the cavity and is coupled to forward radiation through the bent opening surface.

구체적으로, 상기 구부러진 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며, 상기 개구면 안테나부는, 상기 개구면의 상면 중심부에 상기 개구면으로의 급전을 위한 급전부를 구비할 수 있다.Specifically, the bent opening surface is divided into an upper surface and a side surface based on the bent line, and the opening surface antenna unit may include a feeding unit for feeding power to the opening surface at a center of the upper surface of the opening surface. .

구체적으로, 상기 급전부는, 상기 도체평판에서 상기 절곡선 방향으로 연장 형성되는 급전용 선로와, 상기 개구면의 길이 방향으로 연장 형성되어 상기 급전용 선로로부터 인가되는 전기를 축전하여 자기장으로 변환하는 변환부의 구조를 가질 수 있다.Specifically, the power supply unit includes a power supply line extending in the direction of the bent line from the conductor flat plate, and a conversion that is formed to extend in the length direction of the opening surface to store electricity applied from the power supply line and convert it into a magnetic field. It can have a negative structure.

구체적으로, 상기 구부러진 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며, 상기 개구면의 측면 폭 대비 상기 개구면의 상면 폭이 넓게 설계될 수 있다.Specifically, the curved opening surface is divided into an upper surface and a side surface based on the bent line, and the upper surface width of the opening surface may be designed to be wider than the side width of the opening surface.

구체적으로, 상기 개구면의 측면 양 모서리는, 직각으로 설계되며, 상기 개구면의 상면 양 모서리는, 곡선으로 설계될 수 있다.Specifically, both corners of the side surface of the opening surface may be designed to be at right angles, and both corners of the upper surface of the opening surface may be designed in a curved shape.

구체적으로, 상기 구부러진 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며, 상기 개구면 안테나부의 공진 주파수는, 상기 개구면의 상면 폭과 상기 개구면의 길이에 따라 결정될 수 있다.Specifically, the curved opening surface is divided into an upper surface and a side surface based on the bent line, and a resonance frequency of the opening antenna unit may be determined according to a width of the upper surface of the opening surface and a length of the opening surface.

구체적으로, 상기 도체평판은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 전방 측면으로 구분되며, 상기 캐비티는, 상기 도체평판의 상면과 대향하는 바닥면, 상기 도체평판의 전방 측면과 대향하는 후방 측면, 상기 캐비티의 바닥면 및 후방 측면에 연결되어 서로 마주보는 양 측면의 구조로 이루어질 수 있다.Specifically, the conductor flat plate is divided into an upper surface and a front side surface based on the bend line, and the cavity is a bottom surface facing the upper surface of the conductor flat plate, a rear side surface facing the front side surface of the conductor flat plate, and the It may be connected to the bottom surface and the rear side of the cavity to have a structure of both sides facing each other.

구체적으로, 상기 캐비티는, 상기 캐비티 내 공진 주파수가 상기 개구면 안테나부의 공진 주파수와 동일해지도록 하는, 길이 및 폭의 구조로 설계될 수 있다.Specifically, the cavity may be designed in a length and width structure such that the resonance frequency in the cavity is the same as the resonance frequency of the aperture antenna unit.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 안테나는, 개구면이 형성된 도체평판으로 상기 개구면은 길이 방향을 절곡선으로 하여 구부러진 형상이고, 상기 개구면을 통해 전자파를 방사하는 개구면 안테나부; 및 상기 개구면 안테나부의 후방에 결합되는 캐비티(Cavity) 구조물을 포함한다.A polarization antenna according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a conductor flat plate having an opening surface, the opening surface being bent in a longitudinal direction as a bent line, and emitting electromagnetic waves through the opening surface. Spherical antenna unit; And a cavity structure coupled to the rear of the aperture antenna unit.

구체적으로, 상기 캐비티 구조물은, 상기 개구면을 통한 후방 방사의 진행을 차단할 수 있다. Specifically, the cavity structure may block progress of rear radiation through the opening surface.

구체적으로, 상기 캐비티 구조물은, 상기 개구면을 통한 후방 방사가 상기 캐비티 구조물에 의해 형성되는 캐비티 내에서 공진하여, 상기 개구면을 통한 전방 방사에 결합되도록 하는 구조를 가질 수 있다. Specifically, the cavity structure may have a structure such that rear radiation through the opening surface resonates in a cavity formed by the cavity structure and is coupled to forward radiation through the opening surface.

구체적으로, 상기 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며, 상기 개구면 안테나부는, 상기 개구면의 상면 중심부에 급전부를 구비할 수 있다. Specifically, the opening surface is divided into an upper surface and a side surface based on the bent line, and the opening surface antenna unit may include a power feeding unit in the center of the upper surface of the opening surface.

구체적으로, 상기 급전부는, 상기 도체평판에서 상기 절곡선 방향으로 연장 형성되는 급전용 선로와, 상기 개구면의 길이 방향으로 연장 형성되는 변환부의 구조를 가질 수 있다. Specifically, the power supply unit may have a structure of a power supply line extending from the conductor flat plate in a direction of the bent line, and a conversion unit extending in a length direction of the opening surface.

구체적으로, 상기 변환부는, 상기 급전용 선로로부터 인가되는 전기를 축전하여 자기장으로 변환할 수 있다. Specifically, the conversion unit may store electricity applied from the power supply line and convert it into a magnetic field.

구체적으로, 상기 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며, 상기 개구면의 측면 폭 대비 상기 개구면의 상면 폭이 넓은 것일 수 있다. Specifically, the opening surface may be divided into an upper surface and a side surface based on the bent line, and may have a wide upper surface width compared to the side width of the opening surface.

구체적으로, 상기 개구면의 측면 양 모서리는, 각진 형태이고, 상기 개구면의 상면 양 모서리는, 곡선 형태일 수 있다. Specifically, both corners of the side surface of the opening surface may have an angled shape, and both corners of the upper surface of the opening surface may have a curved shape.

구체적으로, 상기 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며, 상기 개구면의 상면 폭과 상기 개구면의 길이에 따라 상기 개구면 안테나부의 공진 주파수가 결정될 수 있다.Specifically, the opening surface is divided into a top surface and a side surface based on the bent line, and a resonance frequency of the opening antenna unit may be determined according to a width of the top surface of the opening surface and a length of the opening surface.

구체적으로, 상기 도체평판은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 전방 측면으로 구분되며, 상기 캐비티 구조물은, 상기 도체평판의 상면과 대향하는 바닥면, 상기 도체평판의 전방 측면과 대향하는 후방 측면, 상기 캐비티 구조물의 바닥면 및 후방 측면에 연결되어 서로 마주보는 양 측면의 구조를 가질 수 있다. Specifically, the conductor flat plate is divided into an upper surface and a front side surface based on the bend line, and the cavity structure includes a bottom surface facing the upper surface of the conductor flat plate, a rear side surface facing the front side surface of the conductor flat plate, It may have a structure of both sides facing each other by being connected to the bottom surface and the rear side of the cavity structure.

구체적으로, 상기 바닥면, 상기 후방 측면, 상기 양 측면 각각은, 평면 형상 또는 곡면 형상일 수 있다. Specifically, each of the bottom surface, the rear side surface, and the both side surfaces may have a planar shape or a curved shape.

구체적으로, 상기 캐비티 구조물은, 상기 캐비티 내 공진 주파수가 상기 개구면 안테나부의 공진 주파수와 동일해지도록 하는, 길이 및 폭을 갖는 구조일 수 있다. Specifically, the cavity structure may have a structure having a length and a width such that a resonance frequency in the cavity becomes the same as a resonance frequency of the aperture antenna unit.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 단말장치는, 안테나; 상기 안테나를 통해 송수신되는 신호를 처리하는 송수신처리부;를 포함하며; 상기 안테나는, 개구면이 형성된 도체평판으로 상기 개구면은 길이 방향을 절곡선으로 하여 구부러진 형상이고, 상기 개구면을 통해 전자파를 방사하는 개구면 안테나부와, 상기 개구면 안테나부의 후방에 결합되는 캐비티(Cavity) 구조물을 포함할 수 있다. A terminal device according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes: an antenna; And a transmission/reception processing unit processing signals transmitted/received through the antenna; The antenna is a conductor flat plate having an opening surface, and the opening surface is a curved shape in a length direction as a bent line, and an opening antenna unit radiating electromagnetic waves through the opening surface, and coupled to the rear of the opening antenna unit. It may include a cavity (Cavity) structure.

구체적으로, 상기 안테나는, 상기 송수신처리부가 배치된 회로보드의 외곽을 따라 복수 개가 배치될 수 있다. Specifically, a plurality of antennas may be disposed along an outer periphery of a circuit board on which the transmission/reception processing unit is disposed.

구체적으로, 상기 안테나는, 상기 송수신처리부와 동일 평면 상에 위치할 수 있다.Specifically, the antenna may be located on the same plane as the transmission/reception processing unit.

이에, 본 발명의 실시예들에 따르면, 높이를 획기적으로 최소화하면서 안테나 성능을 개선시킨 새로운 구조의 초 고주파 대역(mmWave 대역) 수직 편파 안테나를 구현함으로써, 슬림한 평면형 구조(예: 단말)에 자유롭게 적용 가능한 효과를 도출한다.Accordingly, according to embodiments of the present invention, by implementing a new structure of ultra-high frequency band (mmWave band) vertically polarized antenna with improved antenna performance while dramatically minimizing the height, it is possible to freely fit a slim flat structure (for example, a terminal). Derive the applicable effect.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개구면 안테나부 및 캐비티의 결합 구조를 보여주는 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 편파 안테나의 구조를 보여주는 입체도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 편파 안테나의 구조를 보여주는 평면도다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 편파 안테나에서 구현되는 방사 패턴이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 수직 편파 안테나를 슬림한 평면형 구조(예: 단말)에 적용하는 활용 예시도이다.1 is an exemplary view showing a coupling structure of an aperture antenna unit and a cavity according to an embodiment of the present invention.
2 is a three-dimensional view showing the structure of a vertically polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view showing the structure of a vertically polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
4 is a radiation pattern implemented in a vertically polarized antenna according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are exemplary diagrams of application of the vertically polarized antenna of the present invention to a slim planar structure (eg, a terminal).

이하에서는, 본 발명의 일 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명은, 스마트폰, 패드 등 이동통신 시스템에서의 단말과 같이 슬림한 평면형 구조에 적용 가능한 수직 편파 안테나, 특히 초 고주파 대역(mmWave 대역)의 수직 편파 안테나 구조를 제안하고자 한다.The present invention is to propose a vertically polarized antenna applicable to a slim planar structure such as a terminal in a mobile communication system such as a smart phone or a pad, in particular, a vertically polarized antenna structure of an ultra high frequency band (mmWave band).

5G 통신시스템에서는, 현재 LTE(4G) 통신시스템에서 사용하고 있는 주파수 대역 대비, 초 고주파 대역(mmWave 대역)을 사용하게 된다.In the 5G communication system, an ultra-high frequency band (mmWave band) is used compared to the frequency band currently used in the LTE (4G) communication system.

공기 중에서 진행하는 전파는, 전파 특성 상, 편파 손실(Polarization loss)이 발생하면 송수신 양단 간에 신호 감쇄가 발생하게 된다.The propagation propagating in the air causes signal attenuation between both ends of transmission and reception when polarization loss occurs due to propagation characteristics.

한편, 이동통신 시스템에서는 송수신 양단을 기지국 및 단말로 볼 수 있는데, 고정된 기지국 향 안테나 대비 단말 안테나의 위치좌표는 항상 변화하게 되며, 단말 안테나의 위치좌표 변화로 인해 편파 손실(Polarization loss)이 발생하게 된다면 심각한 수준의 신호 감쇄가 발생할 수 있다.On the other hand, in a mobile communication system, both ends of transmission and reception can be viewed as a base station and a terminal, and the position coordinate of the terminal antenna is always changed compared to the fixed base station antenna, and polarization loss occurs due to the change in the position coordinate of the terminal antenna. If done, severe signal attenuation can occur.

특히, 직진성이 강한 초 고주파 대역(mmWave 대역)에서 단말 안테나의 Theta 방향 회전(위치좌표 변화)에 따른 편파 손실(Polarization loss)은, 실제 통신이 두절(wireless link loss)되는 상황까지 초래할 수 있다.In particular, polarization loss due to rotation of the terminal antenna in the theta direction (change of position coordinates) in an ultra-high frequency band (mmWave band) with strong linearity may lead to a situation in which actual communication is disrupted (wireless link loss).

이에, 초 고주파 대역(mmWave 대역)을 사용하는 5G 이동통신 시스템에서는, 단말 안테나의 위치좌표 변화가 동반되는 다양한 단말의 움직임에도 편파 손실이 발생하지 않도록 단말 안테나를 설계하는 것이 중요하다.Accordingly, in a 5G mobile communication system using an ultra-high frequency band (mmWave band), it is important to design a terminal antenna so that polarization loss does not occur even in the movement of various terminals accompanied by a change in the position coordinates of the terminal antenna.

한편, 수직 편파의 경우, 수평 편파 대비 동일 거리 진행 시 신호 감쇄가 상대적으로 작기 때문에, 이동통신 시스템에서는 단말에 수직 편파 안테나가 적용될 필요가 있다.Meanwhile, in the case of vertical polarization, since signal attenuation is relatively small when traveling the same distance compared to horizontal polarization, a vertical polarization antenna needs to be applied to a terminal in a mobile communication system.

결국, 초 고주파 대역(mmWave 대역)을 사용하는 5G 이동통신 시스템에서는, 편파 손실이 발생하지 않도록 설계된 안테나로서, 수평 편파 안테나 등 다양한 편파 안테나를 단말에 적용하는 것이 고려되겠지만, 특히 수직 편파 안테나를 단말에 적용하는 것은 필수적이라고 볼 수 있다.In the end, in 5G mobile communication systems using the ultra-high frequency band (mmWave band), as an antenna designed not to cause polarization loss, it will be considered to apply various polarized antennas such as horizontal polarized antennas to the terminal. It can be seen that it is essential to apply it to.

스마트폰, 패드 등 이동통신 시스템에서의 단말은, 넓이 대비 매우 작은 높이의 평면형 구조로 디자인되며, 향후에는 더욱 작은 높이의 더욱 슬림한 평면형 구조로 발전할 것이다.Terminals in mobile communication systems such as smartphones and pads are designed in a flat structure with a very small height compared to the width, and will develop into a slimmer flat structure with a smaller height in the future.

한편, 수직 편파 안테나는, 구조적인 특성 상 넓이 보다는 높이에 제약이 있다.On the other hand, the vertically polarized antenna is limited in height rather than width due to structural characteristics.

이에, 이동통신 환경에 적합한 end-fire 방사 패턴을 갖는 기존의 초 고주파 대역(mmWave 대역) 수평 편파 안테나는, 슬림한 평면형 구조의 단말에 적용하기에 높이 측면에서 부적절한 단점이 있다.Accordingly, the conventional ultra-high frequency band (mmWave band) horizontally polarized antenna having an end-fire radiation pattern suitable for a mobile communication environment has a disadvantage in terms of height to be applied to a terminal having a slim planar structure.

이에, 본 발명에서는, 슬림한 평면형 구조(예: 단말)에 적용 가능하며 end-fire 방사 패턴을 갖는, 초 고주파 대역(mmWave 대역) 수직 편파 안테나의 새로운 구조를 제안하고자 한다.Accordingly, in the present invention, a new structure of an ultra-high frequency band (mmWave band) vertically polarized antenna that can be applied to a slim planar structure (eg, a terminal) and has an end-fire radiation pattern is proposed.

이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에서 제안하는 새로운 구조의 수직 편파 안테나에 대하여 구체적으로 설명하겠다.Hereinafter, a vertical polarization antenna of a new structure proposed by the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 편파 안테나의 결합구조를 설명하겠다.First, referring to FIG. 1, a coupling structure of a vertically polarized antenna according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 편파 안테나(300)는, 기 설정된 길이 및 폭을 갖는 슬롯(Slot)이 형성된 도체평판이 상기 슬롯의 길이 방향을 절곡선으로 하여 구부러진 형상으로, 상기 슬롯의 구부러진 개구면을 통해 전자파(예: 수직 편파)를 전후방으로 방사하는 개구면 안테나부(100)와, 개구면 안테나부(100)의 후방에 결합되어, 상기 구부러진 개구면을 통한 후방 방사의 진행을 차단하는 캐비티(Cavity) 구조물(200)을 포함한다.As shown in FIG. 1, in the vertically polarized antenna 300 according to an embodiment of the present invention, a conductor flat plate on which a slot having a preset length and width is formed has a length direction of the slot as a bent line. An opening surface antenna unit 100 that has a bent shape and radiates electromagnetic waves (eg, vertically polarized waves) forward and backward through the curved opening surface of the slot, and the curved opening surface is coupled to the rear of the opening surface antenna unit 100 It includes a cavity (Cavity) structure 200 to block the progress of the rear radiation through.

즉, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)는, 개구면 안테나부(100)의 후방에 캐비티 구조물(200)을 결합하는 구조로 구현된다.That is, the vertically polarized antenna 300 of the present invention is implemented in a structure in which the cavity structure 200 is coupled to the rear of the aperture antenna unit 100.

설명의 편의를 위해, 이하에서는 x,y,z로 표현되는 3차원 공간에서 x,y축으로 이루어지는 2차원 공간을 지면으로 간주하고, 지면(x,y축)와 수직 방향을 z축 방향으로 간주하겠다.For convenience of explanation, hereinafter, a two-dimensional space consisting of x,y axes in a three-dimensional space represented by x,y,z is regarded as the ground, and the vertical direction to the ground (x,y axis) is regarded as the z-axis direction. I will consider it.

본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 개구면 안테나부(100)의 형상을 설명하면, 다음과 같다.In the vertically polarized antenna 300 of the present invention, the shape of the aperture antenna unit 100 will be described as follows.

기 설정된 길이 및 폭을 갖는 슬롯(Slot)이 형성된 도체평판을 구부러짐 없이 수직 방향으로 세운 형상을 가정하면, 슬롯의 개구면을 통해 수직 편파가 전후방으로 방사될 것이다.Assuming a shape in which a conductor flat plate having a predetermined length and width is formed in a vertical direction without bending, vertical polarization will be radiated forward and backward through the opening surface of the slot.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 개구면 안테나부(100)는, 전술의 가정과 같이 도체평판이 수직 방향으로 세워진 형상에서, 도체평판이 슬롯의 길이 방향을 절곡선으로 하여 구부러진 형상으로 설계된다.As shown in FIG. 1, in the vertically polarized antenna 300 of the present invention, the aperture antenna unit 100 has a shape in which the conductor flat plate is erected in the vertical direction as described above, and the conductor flat plate cuts the length direction of the slot. It is designed in a curved shape and curved.

이러한 개구면 안테나부(100)에서 도체평판(110a,110b)은 절곡선을 기준으로 상면(110a)과 전방 측면(110b)으로 구분되며, 구부러진 개구면(130a,130b)은 절곡선을 기준으로 상면(130a)과 측면(130b)으로 구분될 수 있다.In this opening antenna unit 100, the conductor flat plates 110a and 110b are divided into an upper surface 110a and a front side 110b based on a bending line, and the curved opening surfaces 130a and 130b are It may be divided into an upper surface 130a and a side surface 130b.

도 1에서 알 수 있듯이, 도체평판의 전방 측면(110b) 및 구부러진 개구면의 측면(130b)은 여전히 수직 방향(z축)으로 세운 구조이며, 도체평판의 상면(110a) 및 구부러진 개구면의 상면(130a)은 수직 방향(z축)에서 꺽여 지면(x,y축)을 따라 눕혀진 구조이다.As can be seen in Fig. 1, the front side 110b of the conductor flat plate and the side surface 130b of the curved opening surface are still erected in a vertical direction (z-axis), and the top surface 110a of the conductor flat plate and the top surface of the curved opening surface (130a) is a structure that is bent in the vertical direction (z-axis) and laid along the ground (x,y-axis).

그리고, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 개구면 안테나부(100)는, 개구면의 상면(130a) 중심부에 개구면으로의 급전을 위한 급전부(120)를 구비한다.In addition, in the vertically polarized antenna 300 of the present invention, the opening antenna unit 100 includes a power supply unit 120 for feeding power to the opening surface at the center of the upper surface 130a of the opening surface.

급전부(120)에 대해서는 후술의 설명에서 보다 구체적으로 언급하겠다.The power supply unit 120 will be described in more detail in the following description.

이렇게 되면, 개구면 안테나부(100)는, 급전부(120)에서의 급전 시, 슬롯의 구부러진 개구면을 통해 수직 편파를 전후방 즉 전방 y축 방향 및 후방 -y축 방향으로 방사할 수 있다.In this case, the opening antenna unit 100 may radiate vertically polarized waves in the front and rear directions, that is, in the front y-axis direction and the rear -y-axis direction through the bent opening surface of the slot when power is supplied from the power supply unit 120.

이와 같이, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 개구면 안테나부(100)는, 도체평판이 슬롯의 길이 방향을 절곡선으로 하여 구부러진 형상으로 설계/구현됨으로써, 전술의 도체평판이 수직 방향으로 세워진 형상 대비, 수직 편파를 전후방으로 방사하는 전계 분포를 유지한 채 안테나 구조의 높이는 최소화할 수 있다.As described above, in the vertically polarized antenna 300 of the present invention, the opening surface antenna unit 100 is designed/implemented in a shape in which the conductor flat plate is bent with the length direction of the slot as a bent line, so that the above-described conductor flat plate is in the vertical direction. Compared to the erected shape, the height of the antenna structure can be minimized while maintaining the electric field distribution radiating the vertical polarization forward and backward.

캐비티 구조물(200)은, 개구면 안테나부(100)의 후방에 결합되어, 개구면 안테나부(100)의 구부러진 개구면을 통한 후방 방사의 진행을 차단한다.The cavity structure 200 is coupled to the rear of the aperture antenna unit 100 to block the propagation of rear radiation through the bent aperture surface of the aperture antenna unit 100.

즉, 캐비티 구조물(200)은, 개구면 안테나부(100)와의 후방 결합 시, 개구면 안테나부(100)에서 불필요하게 후방으로 방사되는 수직 편파의 진행을 차단할 수 있는 구조로 설계되어, 수직 편파 안테나(300)에서 전방 지향의 수직 편파 방사를 구현하는 것이다.That is, the cavity structure 200 is designed in a structure capable of blocking the progress of the vertical polarization unnecessarily radiated to the rear from the opening antenna unit 100 when it is rearwardly coupled with the aperture antenna unit 100, so that the vertical polarization is performed. The antenna 300 implements forward-oriented vertically polarized radiation.

더 나아가, 캐비티 구조물(200)은, 구부러진 개구면을 통한 후방 방사가 캐비티 구조물(200) 내에서 공진하여, 구부러진 개구면을 통한 전방 방사에 결합되도록 하는 구조를 갖는다.Furthermore, the cavity structure 200 has a structure such that the rear radiation through the bent opening surface resonates within the cavity structure 200 and is coupled to the forward radiation through the bent opening surface.

즉, 캐비티 구조물(200)은, 개구면 안테나부(100)와의 후방 결합 시, 개구면 안테나부(100)의 후방 방사를 차단할 뿐 아니라 더 나아가 후방 방사의 수직 편파가 캐비티 구조물(200) 내에서 공진하여 개구면 안테나부(100)의 전방 방사에 결합될 수 있는 구조로 설계되어, 수직 편파 안테나(300)에서 보다 강해진 전방 지향의 end-fire 패턴 수직 편파 방사를 구현하는 것이다.That is, when the cavity structure 200 is rearwardly coupled with the aperture antenna unit 100, it blocks the rear radiation of the aperture antenna unit 100, and furthermore, the vertical polarization of the rear radiation is prevented within the cavity structure 200. It is designed in a structure that can resonate and be coupled to the forward radiation of the aperture antenna unit 100, and implements a forward-oriented end-fire pattern vertically polarized radiation that is stronger in the vertically polarized antenna 300.

본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 캐비티 구조물(200)의 형상을 설명하면, 다음과 같다.The shape of the cavity structure 200 in the vertically polarized antenna 300 of the present invention will be described as follows.

캐비티 구조물(200)은, 개구면 안테나부(100)와의 후방 결합 시, 도체평판의 상면(110a)과 대향하는 바닥면(210), 도체평판의 전방 측면(110b)과 대향하는 후방 측면(220), 캐비티 구조물(200)의 바닥면(210) 및 후방 측면(220)에 연결되어 서로 마주보는 양 측면(230,240)의 구조로 이루어진다.The cavity structure 200 includes a bottom surface 210 facing the top surface 110a of the conductor flat plate, and a rear side surface 220 facing the front side 110b of the conductor flat plate when rearwardly coupled with the opening antenna unit 100. ), it is connected to the bottom surface 210 and the rear side surface 220 of the cavity structure 200 and consists of a structure of both side surfaces 230 and 240 facing each other.

즉, 캐비티 구조물(200)은, 바닥면(210) 및 후방 측면(220) 뿐 아니라 양 측면(230,240)을 기반으로 후방 방사가 캐비티 구조물(200) 밖으로 세어나가는 것을 막는 구조로 설계됨으로써, 개구면 안테나부(100)의 후방 방사가 캐비티 구조물(200) 내에서 공진하여 개구면 안테나부(100)의 전방 방사에 결합될 수 있도록 한다.That is, the cavity structure 200 is designed in a structure that prevents rear radiation from counting out of the cavity structure 200 based on both sides 230 and 240 as well as the bottom surface 210 and the rear side surface 220. The rear radiation of the antenna unit 100 resonates within the cavity structure 200 so that it can be coupled to the forward radiation of the aperture antenna unit 100.

이와 같이, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 캐비티 구조물(200)은, 개구면 안테나부(100)의 후방 방사가 공진 및 전방 방사에 결합될 수 있도록 하는 구조로 설계/구현됨으로써, 수직 편파 안테나(300)에서 보다 강해진 전방 지향의 end-fire 패턴 수직 편파 방사를 가능하게 한다.As described above, the cavity structure 200 in the vertically polarized antenna 300 of the present invention is designed/implemented in a structure that allows the rear radiation of the aperture antenna unit 100 to be coupled to the resonance and forward radiation, so that the vertical polarization It enables the vertically polarized radiation of the forward-oriented end-fire pattern that is stronger in the antenna 300.

이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 편파 안테나의 구조를 다양한 시각에서 설명하겠다.Hereinafter, a structure of a vertically polarized antenna according to an embodiment of the present invention will be described from various perspectives with reference to FIGS. 2 and 3.

먼저, 도 2는 본 발명의 수직 편파 안테나(300)를 측면에서 입체적으로 바라 본 입체도이며, 도 3은 본 발명의 수직 편파 안테나(300)를 위에서 내려다 본 평면도이다.First, FIG. 2 is a three-dimensional view of the vertically polarized antenna 300 of the present invention from the side, and FIG. 3 is a plan view of the vertically polarized antenna 300 of the present invention viewed from above.

개구면 안테나부(100)에서 구부러진 개구면(130a,130b)의 길이(Ls)는, 도체평판(110a,110b)의 관점에서 슬롯의 길이를 의미한다. The length L s of the opening surfaces 130a and 130b bent in the opening antenna unit 100 means the length of the slot in terms of the conductor flat plates 110a and 110b.

그리고, 구부러진 개구면(130a,130b)에서 측면(130b)의 폭(Wh) 및 대비 상면(103a)의 폭(Ws)을 합하면, 도체평판(110a,110b)의 관점에서 슬롯의 폭을 의미한다. And, when the width (W h ) of the side surface (130b) and the width (W s ) of the upper surface (103a) are summed in the bent opening surfaces (130a, 130b), the width of the slot from the viewpoint of the conductor flat plates (110a, 110b) it means.

도 2 및 도 3에서 알 수 있듯이, 구부러진 개구면(130a,130b)에서 측면(130b)의 폭(Wh) 대비 상면(103a)의 폭(Ws)이 넓게 설계된다. As can be seen in FIGS. 2 and 3, the width (W s ) of the upper surface (103a) is designed to be wider than the width (W h ) of the side (130b) in the curved opening surfaces (130a, 130b).

그리고, 구부러진 개구면(130a,130b)에서 측면(130b)의 양 모서리는 직각으로 설계되고 상면(103a)의 양 모서리는 곡선으로 설계되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that both corners of the side surfaces 130b of the curved opening surfaces 130a and 130b are designed at right angles, and both corners of the upper surface 103a are designed to be curved.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 개구면 안테나부(100)에서 개구면의 상면(130a) 중심부에는 개구면(130a,130b)으로의 급전을 위한 급전부(120)가 구비된다.2 and 3, in the center of the upper surface 130a of the opening surface in the opening surface antenna unit 100, a power supply unit 120 for feeding power to the opening surfaces 130a and 130b is provided.

이러한 급전부(120)는, 도체평판의 상면(110a)에 Ground Signal Ground (GSG) Pad를 설정하여 통신칩(미도시)과 손쉬운 Surface Mount가 가능한 형태일 수 있다.The power supply unit 120 may be in a form in which a communication chip (not shown) and an easy surface mount are possible by setting a Ground Signal Ground (GSG) pad on the upper surface 110a of the conductor flat plate.

급전부(120)는, 도체평판 특히 도체평판의 상면(110a)에서 절곡선 방향으로 연장 형성되는 급전용 선로(122)와, 개구면(130a,130b)의 길이(Ls) 방향으로 연장 형성되어 급전용 선로(122)로부터 인가되는 전기를 축전하여 자기장으로 변환하는 변환부(124)의 구조를 갖는다. The power supply unit 120 is formed to extend in the direction of the length (L s ) of the conductor flat plate, especially the power supply line 122 extending in the bending line direction from the upper surface (110a) of the conductor flat plate, and the opening surfaces (130a, 130b) As a result, it has a structure of a conversion unit 124 that stores electricity applied from the power supply line 122 and converts it into a magnetic field.

이와 같은 급전부(120)의 급전용 선로(122)는 인덕티브(inductive) 방식의 급전 기능, 급전부(120)의 변환부(124)는 캐패시티브(capacitive) 방식의 근접 기능으로 볼 수 있다.The feed line 122 of the power supply unit 120 may be viewed as an inductive power supply function, and the conversion unit 124 of the power supply unit 120 may be viewed as a proximity function of a capacitive method. have.

이에, 급전부(120)에서는, 급전용 선로(122)의 타단에 연결되는 통신칩(미도시)으로부터 전기(전류)가 변환부(124)로 인가되면, 개구면(130a,130b)의 길이(Ls) 방향으로 연장 형성된 변환부(124)에는 전기(전류)가 축전될 것이다.Accordingly, in the power supply unit 120, when electricity (current) is applied to the conversion unit 124 from a communication chip (not shown) connected to the other end of the power supply line 122, the length of the opening surfaces 130a and 130b Electricity (current) will be stored in the conversion unit 124 extending in the (L s) direction.

그리고, 급전부(120)에서는, 변환부(124)에 축전된 전기(전류)로 인한 자기장이, 개구면(130a,130b)의 길이(Ls) 방향으로 연장 형성된 변환부(124)에서 방사되면서 개구면의 측면(130b)에서 하향의 수직 방향 즉 -z 축 방향으로 형성된다.And, in the power supply unit 120, the magnetic field due to the electricity (current) stored in the conversion unit 124 is radiated from the conversion unit 124 formed extending in the length (L s) direction of the opening surfaces (130a, 130b) As it is formed in a vertical direction downward from the side surface 130b of the opening surface, that is, in the -z axis direction.

이때, 전술과 같이, 구부러진 개구면(130a,130b)에서 측면(130b)의 폭(Wh) 대비 상면(103a)의 폭(Ws)을 넓게 설계하고 상면(103a)의 양 모서리는 곡선, 측면(130b)의 양 모서리는 직각으로 설계함으로써, 변환부(124)에서 방사되는 자기장 중 개구면의 상면(103a)을 따라 양 옆으로 진행/반사되어 -z 축 방향으로 진행하게 되는 자기장이 상면(103a)에서 진행하는 거리는 짧아지도록 하고,-z 축 방향으로 진행하게 되는 모든 자기장이 측면(130b)에서 동일한 거리를 진행하도록 한다. At this time, as described above, design a wider width (W s ) of the upper surface 103a compared to the width (W h ) of the side surface 130b in the curved opening surfaces 130a, 130b, and both corners of the upper surface 103a are curved, Both corners of the side surface 130b are designed to be at right angles, so among the magnetic fields radiated from the conversion unit 124, the magnetic field that advances/reflects to both sides along the upper surface 103a of the opening surface and proceeds in the -z axis direction The distance traveling from (103a) is made to be shortened, and all magnetic fields traveling in the -z axis direction are made to travel the same distance from the side (130b).

즉, 구부러진 개구면(130a,130b)에서 측면(130b)의 폭(Wh) 대비 상면(103a)의 폭(Ws)을 넓게 설계하고 상면(103a)의 양 모서리는 곡선, 측면(130b)의 양 모서리는 직각으로 설계함으로써, 급전부(120)에 의해 자기장이 형성되는 자기장 형성 과정에서 발생할 수 있는 내부 저항(반사) 성분을 최소화/최적화할 수 있다.That is, in the bent opening surfaces (130a, 130b), the width (W s ) of the top surface (103a) is designed to be wider than the width (W h ) of the side surface (130b), and both corners of the top surface (103a) are curved and the side (130b) By designing both corners at right angles, internal resistance (reflection) components that may occur in the process of forming a magnetic field in which a magnetic field is formed by the power supply unit 120 can be minimized/optimized.

이렇게 되면, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 개구면 안테나부(100)는, 급전부(120)에서의 급전 시, 슬롯의 구부러진 개구면 특히 개구면의 측면(130b)에서 -z 축 방향으로 형성되는 자기장에 의한 수직 편파를 전후방 즉 전방 y축 방향 및 후방 -y축 방향으로 방사할 수 있다.In this case, in the vertically polarized antenna 300 of the present invention, the opening surface antenna unit 100, when feeding from the power supply unit 120, is in the -z axis direction from the bent opening surface of the slot, particularly the side surface 130b of the opening surface. It is possible to radiate vertically polarized waves due to the magnetic field formed in the forward and backward directions, that is, in the front y-axis direction and the rear -y-axis direction.

이때, 개구면 안테나부(100)에서 방사되는 수직 편파의 공진 주파수는, 개구면의 상면(103a) 폭(Wh)과 개구면의 길이(Ls)에 따라 결정된다.At this time, the resonance frequency of the vertically polarized wave radiated from the aperture antenna unit 100 is determined according to the width (W h ) of the top surface (103a) of the aperture surface (L s) and the length (L s) of the aperture surface.

한편, 캐비티 구조물(200)은, 캐비티 구조물(200)의 폭(Wc)과 길이(Lc)를 조정하여 공진 점(공진 주파수)의 위치 조절하는 것이 가능하다.Meanwhile, the cavity structure 200 may adjust the position of the resonance point (resonant frequency) by adjusting the width W c and the length L c of the cavity structure 200.

따라서, 캐비티 구조물(200)은, 개구면 안테나부(100)의 후방 방사가 공진 및 전방 방사에 결합될 수 있도록 하기 위해, 캐비티 구조물(200) 내 공진 주파수가 개구면 안테나부(100)의 공진 주파수와 동일해지도록 하는 길이(Lc) 및 폭(Wc)의 구조로 설계되는 것이 바람직하다.Therefore, in the cavity structure 200, in order to allow the rear radiation of the aperture antenna unit 100 to be coupled to the resonance and forward radiation, the resonance frequency in the cavity structure 200 is the resonance of the aperture antenna unit 100 It is preferable to be designed in a structure of length (L c ) and width (W c ) to be equal to the frequency.

이렇게 되면, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 캐비티 구조물(200)은, 개구면 안테나부(100)의 후방 방사가 개구면 안테나부(100)와 동일한 공진 주파수에서 공진 및 전방 방사에 결합될 수 있도록 하여, 수직 편파 안테나(300)에서 보다 강해진 전방 지향의 end-fire 패턴 수직 편파 방사를 가능하게 한다.In this case, the cavity structure 200 in the vertically polarized antenna 300 of the present invention, the rear radiation of the aperture antenna unit 100 will be coupled to the resonance and forward radiation at the same resonance frequency as the aperture antenna unit 100. In this way, the vertically polarized antenna 300 enables the vertically polarized radiation of the forward-oriented end-fire pattern, which is stronger than that of the vertically polarized antenna 300.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)는, 안테나 구조의 높이를 최소화하는 형상으로 설계된 개구면 안테나부(100) 및 개구면 안테나부(100)에서 강력한 전방 지향의 end-fire 패턴 수직 편파 방사를 가능하게는 구조로 설계된 캐비티 구조물(200)이 결합되는 구조로 구현된다.As described above, the vertically polarized antenna 300 of the present invention has a strong forward-oriented end-fire in the aperture antenna unit 100 and the aperture antenna unit 100 designed in a shape that minimizes the height of the antenna structure. It is implemented in a structure in which the cavity structure 200 designed in a structure that enables pattern vertical polarization radiation is combined.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 편파 안테나에서 실제로 구현되는 방사 패턴을 보여주는 예시도이다.4 is an exemplary diagram showing a radiation pattern actually implemented in a vertically polarized antenna according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 수직 편파 안테나(300)을 측면에서 바라 본 E-Plane의 방사 패턴을 보면, 수직 편파 안테나(300)에서 방사되는 전파(편파)는 end-fire 방향(Boresight at theta - 90°)에서 수직 편파 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.Looking at the radiation pattern of the E-Plane as viewed from the side of the vertically polarized antenna 300 of the present invention, radio waves (polarized waves) radiated from the vertically polarized antenna 300 are in the end-fire direction (Boresight at theta-90°). It can be seen that it shows the vertical polarization characteristic.

즉, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)는, end-fire 패턴의 수직 편파 특성을 갖는다.That is, the vertically polarized antenna 300 of the present invention has vertical polarization characteristics of an end-fire pattern.

또한, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)을 위에서 내려다 본 H-Plane의 방사 패턴을 보면, 수직 편파 안테나(300)에서 방사되는 전파(편파)는 전방 방사와 후방 방사 사이에 약 12 db이상 크기로 차이가 나는 것을 확인할 수 있다. In addition, looking at the radiation pattern of the H-Plane viewed from the top of the vertically polarized antenna 300 of the present invention, the radio wave (polarized wave) radiated from the vertically polarized antenna 300 is about 12 db or more between the front radiation and the rear radiation. You can see that there is a difference.

즉 본 발명의 수직 편파 안테나(300)는, 강해진 전방 지향의 높은 Front to back ratio 특성을 갖는다.That is, the vertically polarized antenna 300 of the present invention has a high front to back ratio characteristic of an enhanced forward direction.

또한, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)에서 동일 편파(Co-pol) 및 교차 편파(X-pol)의 방사 패턴을 보면, 수직 편파 안테나(300)에서 동일 편파 및 교차 편파 사이에 약 50 db 이상의 전기장 크기 차이를 확인할 수 있다.In addition, looking at the radiation patterns of the same polarization (Co-pol) and cross polarization (X-pol) in the vertical polarization antenna 300 of the present invention, about 50 db between the same polarization and cross polarization in the vertical polarization antenna 300 The difference in the electric field size above can be confirmed.

즉, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)는, 낮은 교차 편파(Low cross polarization) 특성을 갖는다.That is, the vertical polarization antenna 300 of the present invention has a low cross polarization characteristic.

이상에서 알 수 있듯이, 본 발명에서는, 안테나 구조의 높이를 획기적으로 최소화하면서 안테나 성능 즉 Front to back ratio 특성, Low cross polarization 특성을 개선시킨 새로운 구조의 초 고주파 대역(mmWave 대역) 수직 편파 안테나(300)를 구현한다. As can be seen from the above, in the present invention, an ultra-high frequency band (mmWave band) vertically polarized antenna 300 of a new structure with improved antenna performance, that is, front to back ratio characteristics, and low cross polarization characteristics while dramatically minimizing the height of the antenna structure. ).

도 5 및 도 6은 본 발명의 수직 편파 안테나를 슬림한 평면형 구조(예: 단말)에 적용하는 활용 예시도이다.5 and 6 are exemplary diagrams of application of the vertically polarized antenna of the present invention to a slim planar structure (eg, a terminal).

본 발명에서 제안하는 수직 편파 안테나(300)는, 구조적으로 넓이 대비 매우 작은 높이를 갖는 납작한 형상이기 때문에, 스마트폰, 패드 등 이동통신 시스템에서의 단말과 같이 슬림한 평면형 구조에 적용하기에 적합한 구조적 장점을 갖는다.Since the vertically polarized antenna 300 proposed by the present invention has a structurally flat shape having a height that is very small compared to its width, it is structurally suitable for application to a slim flat type structure such as a terminal in a mobile communication system such as a smartphone or a pad. Has an advantage.

아울러, 본 발명에서 제안하는 수직 편파 안테나(300)는, 초 고주파 대역(mmWave 대역)의 MIMO(Multi Input Multi Output) beamforming system에 사용이 가능하다.In addition, the vertically polarized antenna 300 proposed by the present invention can be used in a multi-input multi-output (MIMO) beamforming system in an ultra-high frequency band (mmWave band).

도 5 및 도 6에서 알 수 있듯이, 슬림한 평면형 구조(예: 단말)의 회로보드(450, 예: PCB, FPCB, LTCC 등)의 외곽에 본 발명의 수직 편파 안테나(300)를 다수 개로 나열/배치하는 방식으로 배치 공간을 최소화할 수 있다.As can be seen in FIGS. 5 and 6, a plurality of vertically polarized antennas 300 of the present invention are arranged on the periphery of a circuit board 450 (eg, PCB, FPCB, LTCC, etc.) of a slim flat structure (eg, terminal). The layout space can be minimized by placing it.

특히 도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 수직 편파 안테나(300)는, 구조적 장점으로 인해 MIMO beamforming system에서 요구되는 Transceiver, Phase shifter, Switch와 같은 RF Component 등과 동일 평면에 배치가 가능하며, 이로 인해 Phase shifter의 resolution 선택에 Margin을 줄 수 있다.In particular, as can be seen in FIG. 5, the vertical polarization antenna 300 of the present invention can be disposed on the same plane as RF components such as a transmitter, a phase shifter, and a switch required in a MIMO beamforming system due to structural advantages. Margin can be given to the resolution selection of the phase shifter.

아울러, 본 발명에서 제안하는 수직 편파 안테나(300)는, 구조적 장점으로 인해 동일 평면에 Patch 안테나 등의 Broadside 방사 소자와 함께 배치되어, Beam Coverage 확장이 용이하도록 할 수 있다.In addition, the vertically polarized antenna 300 proposed by the present invention may be disposed together with a broadside radiating element such as a patch antenna on the same plane due to structural advantages, so that beam coverage can be easily expanded.

즉, 본 발명에서 제안하는 수직 편파 안테나(300)는, 구조적 장점으로 인해, RF Component와 동일 평면 상에 배치(위치)되는 것이 가능해지고 Patch 안테나 등의 Broadside 방사 소자와 동일 평면 상에 배치되는 것이 가능해짐으로써, Phase shifter의 resolution 선택에 Margin을 줄 수 있는 효과, Beam Coverage 확장이 용이해지는 효과를 기대할 수 있다.That is, the vertically polarized antenna 300 proposed by the present invention can be disposed (positioned) on the same plane as the RF component due to the structural advantage, and it is possible to be disposed on the same plane as a Broadside radiating element such as a patch antenna. As it becomes possible, the effect of giving a margin to the resolution selection of the phase shifter, and the effect of facilitating the expansion of the beam coverage can be expected.

아울러, 본 발명에서 제안하는 수직 편파 안테나(300)는, 구조적 장점으로 인해 동일 평면에 수평 편파 안테나 등과 함께 배치되어, 이중 편파 안테나 시스템 등에 적용되는 것도 가능할 것이다.In addition, the vertically polarized antenna 300 proposed by the present invention may be disposed together with a horizontally polarized antenna or the like on the same plane due to structural advantages, and thus may be applied to a dual polarized antenna system or the like.

도 5에 도시된 Transceiver(421), Phase shifter(422), Switch, Power divier/combiner(423)는, 칩 또는 패키지 형태로 구현될 수 있다.The transceiver 421, the phase shifter 422, the switch, and the power divier/combiner 423 shown in FIG. 5 may be implemented in the form of a chip or a package.

한편, 도 5에서는 도면의 간략화를 위해 생략하였지만, Transceiver(421), Phase shifter(422), Switch, Power divier/combiner(423)를 포함하여 칩 또는 패키지 형태로 구현되는 송수신처리부(420, RFIC)는, Modulator, Demodulator, Synthesizer, Local Oscillator(LO), Digital-to-Analog Converter (DAC), Analog to Digital Converter(ADC) 등을 더 포함할 수 있다.On the other hand, in FIG. 5, although omitted for simplification of the drawing, a transmission/reception processing unit 420 (RFIC) implemented in the form of a chip or package including a transmitter 421, a phase shifter 422, a switch, and a power divier/combiner 423 May further include a Modulator, Demodulator, Synthesizer, Local Oscillator (LO), Digital-to-Analog Converter (DAC), Analog to Digital Converter (ADC), and the like.

이상에서 알 수 있듯이, 본 발명에서는, 안테나 구조의 높이를 획기적으로 최소화하면서 안테나 성능 즉 Front to back ratio 특성, Low cross polarization 특성을 개선시킨 새로운 구조의 초 고주파 대역(mmWave 대역) 수직 편파 안테나(300)를 구현함으로써, 슬림한 평면형 구조(예: 단말)에 자유롭게 적용 가능한 효과를 도출한다.As can be seen from the above, in the present invention, an ultra-high frequency band (mmWave band) vertically polarized antenna 300 of a new structure with improved antenna performance, that is, front to back ratio characteristics, and low cross polarization characteristics while dramatically minimizing the height of the antenna structure. ), resulting in an effect that can be freely applied to a slim planar structure (eg, terminal).

지금까지 본 발명을 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the embodiments so far, the present invention is not limited to the above embodiments, and without departing from the gist of the present invention claimed in the following claims, in the technical field to which the present invention pertains. Anyone of ordinary skill in the art would say that the technical idea of the present invention extends to the range in which various modifications or modifications are possible.

본 발명에 따르면, 안테나 구조의 높이를 획기적으로 최소화하면서 안테나 성능을 개선시킨 초 고주파 대역(mmWave 대역)의 수직 편파 안테나를 구현한다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.According to the present invention, in terms of implementing a vertically polarized antenna of an ultra-high frequency band (mmWave band) with improved antenna performance while dramatically minimizing the height of the antenna structure, use of related technologies as they exceed the limitations of the existing technology. It is an invention that has industrial applicability because it is not only possible to commercialize or sell the applied device, but also to the extent that it can be implemented clearly in reality.

100 : 개구면 안테나부
120 : 급전부
200 : 캐비티 구조물
300 : 수직 편파 안테나100: aperture antenna unit
120: power supply
200: cavity structure
300: vertical polarization antenna

Claims (15)

개구면이 형성된 도체평판으로 상기 개구면은 길이 방향을 절곡선으로 하여 구부러진 형상이고, 상기 개구면을 통해 전자파를 방사하는 개구면 안테나부; 및
상기 개구면 안테나부의 후방에 결합되는 캐비티(Cavity) 구조물을 포함하며;
상기 도체평판은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 전방 측면으로 구분되며,
상기 캐비티 구조물은,
상기 도체평판의 상면과 대향하는 바닥면, 상기 도체평판의 전방 측면과 대향하는 후방 측면, 상기 캐비티 구조물의 바닥면 및 후방 측면에 연결되어 서로 마주보는 양 측면의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 편파 안테나.A conductor flat plate having an opening surface, the opening surface being bent in a length direction as a bent line, and an opening surface antenna unit radiating electromagnetic waves through the opening surface; And
And a cavity structure coupled to the rear of the aperture antenna unit;
The conductor flat plate is divided into an upper surface and a front side based on the bending line,
The cavity structure,
Polarization antenna, characterized in that it has a structure of both sides facing each other by being connected to the bottom surface facing the top surface of the conductor plate, the rear side facing the front side of the conductor flat plate, and the bottom surface and the rear side of the cavity structure . 제 1 항에 있어서,
상기 캐비티 구조물은,
상기 개구면을 통한 후방 방사의 진행을 차단하는 것을 특징으로 하는 편파 안테나.The method of claim 1,
The cavity structure,
Polarization antenna, characterized in that to block the progress of the rear radiation through the opening surface. 제 1 항에 있어서,
상기 캐비티 구조물은,
상기 개구면을 통한 후방 방사가 상기 캐비티 구조물에 의해 형성되는 캐비티 내에서 공진하여, 상기 개구면을 통한 전방 방사에 결합되도록 하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 편파 안테나.The method of claim 1,
The cavity structure,
And a structure in which rear radiation through the opening surface resonates in a cavity formed by the cavity structure, and is coupled to forward radiation through the opening surface. 제 1 항에 있어서,
상기 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며,
상기 개구면 안테나부는,
상기 개구면의 상면 중심부에 급전부를 구비하는 것을 특징으로 하는 편파 안테나.The method of claim 1,
The opening surface is divided into an upper surface and a side surface based on the bending line,
The aperture antenna unit,
A polarization antenna, characterized in that it comprises a feeder in the center of the upper surface of the opening surface. 제 4 항에 있어서,
상기 급전부는,
상기 도체평판에서 상기 절곡선 방향으로 연장 형성되는 급전용 선로와, 상기 개구면의 길이 방향으로 연장 형성되는 변환부의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 편파 안테나. The method of claim 4,
The power supply unit,
A polarization antenna having a structure of a power supply line extending from the conductor flat plate in a direction of the bent line and a conversion unit extending in a length direction of the opening surface. 제 5 항에 있어서,
상기 변환부는,
상기 급전용 선로로부터 인가되는 전기를 축전하여 자기장으로 변환하는 것을 특징으로 하는 편파 안테나. The method of claim 5,
The conversion unit,
A polarized antenna, characterized in that the electric power applied from the power supply line is stored and converted into a magnetic field. 제 1 항에 있어서,
상기 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며,
상기 개구면의 측면 폭 대비 상기 개구면의 상면 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 편파 안테나.The method of claim 1,
The opening surface is divided into an upper surface and a side surface based on the bending line,
A polarization antenna, characterized in that the width of the top surface of the opening surface is wider than that of the side surface of the opening surface. 제 7 항에 있어서,
상기 개구면의 측면 양 모서리는, 각진 형태이고,
상기 개구면의 상면 양 모서리는, 곡선 형태인 것을 특징으로 하는 편파 안테나. The method of claim 7,
Both corners of the side surfaces of the opening surface are angular,
Polarization antenna, characterized in that the upper surface of the opening surface has a curved shape. 제 1 항에 있어서,
상기 개구면은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 측면으로 구분되며,
상기 개구면의 상면 폭과 상기 개구면의 길이에 따라 상기 개구면 안테나부의 공진 주파수가 결정되는 것을 특징으로 하는 편파 안테나.The method of claim 1,
The opening surface is divided into an upper surface and a side surface based on the bending line,
A polarization antenna, characterized in that the resonant frequency of the aperture antenna unit is determined according to the width of the top surface of the aperture and the length of the aperture. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 바닥면, 상기 후방 측면, 상기 양 측면 각각은,
평면 형상 또는 곡면 형상인 것을 특징으로 하는 편파 안테나.The method of claim 1,
Each of the bottom surface, the rear side surface, and the both side surfaces,
A polarization antenna, characterized in that it has a planar shape or a curved shape. 제 3 항에 있어서,
상기 캐비티 구조물은,
상기 캐비티 내 공진 주파수가 상기 개구면 안테나부의 공진 주파수와 동일해지도록 하는, 길이 및 폭을 갖는 구조인 것을 특징으로 하는 편파 안테나.The method of claim 3,
The cavity structure,
A polarized antenna having a length and a width such that the resonant frequency in the cavity is equal to the resonant frequency of the aperture antenna unit. 안테나;
상기 안테나를 통해 송수신되는 신호를 처리하는 송수신처리부;를 포함하며;
상기 안테나는,
개구면이 형성된 도체평판으로 상기 개구면은 길이 방향을 절곡선으로 하여 구부러진 형상이고, 상기 개구면을 통해 전자파를 방사하는 개구면 안테나부와, 상기 개구면 안테나부의 후방에 결합되는 캐비티(Cavity) 구조물을 포함하며;
상기 도체평판은, 상기 절곡선을 기준으로 상면과 전방 측면으로 구분되며,
상기 캐비티 구조물은, 상기 도체평판의 상면과 대향하는 바닥면, 상기 도체평판의 전방 측면과 대향하는 후방 측면, 상기 캐비티 구조물의 바닥면 및 후방 측면에 연결되어 서로 마주보는 양 측면의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 단말장치.antenna;
And a transmission/reception processing unit that processes signals transmitted/received through the antenna;
The antenna,
A conductor flat plate having an opening surface, the opening surface being bent in a length direction as a bent line, and an opening antenna unit emitting electromagnetic waves through the opening surface, and a cavity coupled to the rear of the opening antenna unit Includes a structure;
The conductor flat plate is divided into an upper surface and a front side based on the bending line,
The cavity structure has a structure of a bottom surface facing the upper surface of the conductor flat plate, a rear side facing the front side surface of the conductor flat plate, and both sides facing each other by being connected to the bottom surface and the rear side surface of the cavity structure. Terminal device characterized by. 제 13 항에 있어서,
상기 안테나는,
상기 송수신처리부가 배치된 회로보드의 외곽을 따라 복수 개가 배치되는 것을 특징으로 하는 단말장치.The method of claim 13,
The antenna,
A terminal device, characterized in that a plurality of pieces are disposed along an outer periphery of the circuit board on which the transmission and reception processing unit is disposed. 제 14 항에 있어서,
상기 안테나는,
상기 송수신처리부와 동일 평면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 단말장치.The method of claim 14,
The antenna,
A terminal device, characterized in that located on the same plane as the transmission and reception processing unit.
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