KR102258706B1 - Quasi-isotropic Antennas - Google Patents
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Abstract
Description
본 출원에 의해 개시되는 발명은 유사 등방성 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨어러블 안테나(Wearable antenna), 무선전력전송(Wireless power transfer), 무선 인식 (RFID: Radio frequency identification), 무선 공유기 (APs: Wireless access points), 전자파 에너지 하베스팅 (Radio frequency energy harvesting) 등에 사용되는 소형 고효율 다중 대역에서 동작 가능하고 재구성 가능한 소형의 평면형 유사 등방성 안테나에 관한 것이다.The invention disclosed by the present application relates to a pseudoisotropic antenna, and more particularly, a wearable antenna, wireless power transfer, radio frequency identification (RFID), and wireless routers (APs: Wireless access points), radio frequency energy harvesting (Radio frequency energy harvesting), a small, high-efficiency multi-band operation and reconfigurable small planar pseudoisotropic antenna.
등방성 안테나는 모든 방향의 편파를 발생시키는 안테나로서, 이상적으로 동작할 경우에는 완전한 구형의 방사패턴을 보인다. 그러나 완전한 구형의 방사패턴을 가지는 등방성 안테나는 구현이 불가능하기 때문에, 유사 등방성(quasi-isotropic) 안테나의 구조에 대한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다.An isotropic antenna is an antenna that generates polarization in all directions, and when operating ideally, it exhibits a completely spherical radiation pattern. However, since it is impossible to implement an isotropic antenna having a completely spherical radiation pattern, studies on the structure of a quasi-isotropic antenna have been actively conducted in recent years.
유사 등방성 안테나는 다중 편파를 가진 전자파를 전 방향으로 보낼 수 있는 특징이 있어 실제 생활에 다양하게 응용될 수 있다. 예를 들어 웨어러블 안테나, 무선인식, 무선 공유기 등 송수신 경로가 일정하지 않거나 그 편파가 바뀌는 경우에도 데이터 전송이 지속적이고 안정적으로 유지되어야 하는 경우에 적합하게 사용될 수 있다. 또한 유사 등방성 안테나는 불균일한 방향과 불균일한 편파로 입사하는 전자파를 수신할 수 있기 때문에 전자파 에너지 하베스팅, 무선전력전송, 전자파 신호 감지 등의 어플리케이션에도 사용될 수 있다. The pseudoisotropic antenna has a feature that can transmit electromagnetic waves with multiple polarizations in all directions, so it can be applied in various ways in real life. For example, it can be suitably used in cases where data transmission must be continuously and stably maintained even when transmission/reception paths such as wearable antennas, wireless recognition, and wireless routers are not constant or their polarization is changed. In addition, the pseudoisotropic antenna can be used in applications such as electromagnetic energy harvesting, wireless power transmission, and electromagnetic signal detection because it can receive electromagnetic waves incident in a non-uniform direction and a non-uniform polarization.
유사 등방성 안테나가 위와 같이 활용되기 위해서는 소형화, 다중대역 및 재구성 가능한 등방성 패턴 특성이 필요하다. 또한 시스템 구현의 관점에서 바라보면 평면형 구조의 안테나가 시스템 통합에 유리하다. 대부분의 종래기술의 경우, 수직한 다이폴을 이용하여 부피가 크고 단일대역에서만 동작하거나 입체구조로 설계되어 재구성이 불가능하기 때문에 제작 및 시스템 통합에 있어 불리한 특징이 있다. In order for the pseudoisotropic antenna to be utilized as described above, miniaturization, multi-band, and reconfigurable isotropic pattern characteristics are required. Also, from the perspective of system implementation, a planar antenna is advantageous for system integration. In the case of most of the prior art, since it is bulky by using a vertical dipole and operates only in a single band or is designed in a three-dimensional structure, it is impossible to reconstruct it, which is disadvantageous in manufacturing and system integration.
실시예들을 통해 해결하고자 하는 과제는 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 폴디드 SRR구조에 공진기를 추가로 구현하여 다중 대역에서 동작 가능하고 재구성 가능한 소형의 평면형 유사 등방성 안테나를 제공하는데 있다.The problem to be solved through the embodiments is proposed in order to solve the problems caused by the above background technology, and a resonator is additionally implemented in the folded SRR structure to provide a small planar pseudoisotropic antenna that can operate in multiple bands and is reconfigurable. There is it.
해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved is not limited to the above-described problems, and the problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.
일 실시예에 관한 유사 등방성 안테나는, 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 제1 SRR, 제1 SRR의 외부에 소정의 공간을 갖도록 이격되며 제1 SRR과 동일 평면에 배치되고 제1 단부 및 제2 단부를 가지는 제2 SRR, 제1 SRR의 제1 말단과 제2 SRR의 제1 단부를 서로 연결시키는 제1 연결부, 제1 SRR의 제2 말단과 제2 SRR의 제2 단부를 서로 연결시키고 제1 연결부와 소정의 간격으로 이격되어 갭을 형성하는 제2 연결부 및 갭에 배치되는 공진기를 포함하고, 공진기에 의해 다중 대역에서 작동 가능하다.The pseudoisotropic antenna according to an embodiment is spaced apart to have a predetermined space outside the first SRR and the first SRR having a first end and a second end, and is disposed in the same plane as the first SRR, and A second SRR having two ends, a first connecting portion connecting the first end of the first SRR and the first end of the second SRR to each other, connecting the second end of the first SRR and the second end of the second SRR to each other, It includes a second connection portion that is spaced apart from the first connection portion to form a gap and a resonator disposed in the gap, and is operable in multiple bands by the resonator.
또한, 공진기는 하나 이상의 캐패시터 및 인덕터의 조합에 의해 다중 대역에서 작동 가능하다.In addition, the resonator can be operated in multiple bands by a combination of one or more capacitors and inductors.
또한, 유사 등방성 안테나의 하나 이상의 캐패시터 및 인덕터는 가변 캐패시터 및 가변 인덕터일 수 있고, 가변 캐패시터 및 가변 인덕터 각각을 조절하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.Further, at least one capacitor and inductor of the pseudoisotropic antenna may be a variable capacitor and a variable inductor, and the resonance frequency may be adjusted by adjusting each of the variable capacitor and the variable inductor.
또한, 공진기는 직렬 공진기일 수 있고, 직렬 공진기에 의해 다중 대역에서 동작 가능하다.In addition, the resonator may be a series resonator, and can be operated in multiple bands by the series resonator.
또한, 공진기는 병렬 공진기일 수 있고, 병렬 공진기에 의해 다중 대역에서 동작 가능하다.In addition, the resonator may be a parallel resonator, and can be operated in multiple bands by the parallel resonator.
또한, 제1 SRR 및 제2 SRR은 원형 또는 다각형 형상일 수 있다.In addition, the first SRR and the second SRR may have a circular or polygonal shape.
또한, 제1 SRR과 제2 SRR은 동일 평면에 배치될 수 있다.Also, the first SRR and the second SRR may be disposed on the same plane.
또한, 갭의 상기 간격 및 제1 SRR과 제2 SRR의 폭 중 적어도 하나 이상을 조절하여 공진 주파수를 조절할 수 있다.In addition, the resonant frequency may be adjusted by adjusting at least one or more of the interval of the gap and the widths of the first SRR and the second SRR.
또한, 유사 등방성 안테나는 제1 SRR 및 제2 SRR 중 어느 하나에 설치되는 급전부를 더 포함할 수 있다.In addition, the pseudoisotropic antenna may further include a feeding unit installed in any one of the first SRR and the second SRR.
상기 실시예들에 따르면, 다중 대역에서 동작할 수 있으며 재구성 가능한 소형의 평면형 유사 등방성 안테나가 구현될 수 있다. 제시된 구조는 단일 구조로서 등가 전기 다이폴과 자기 다이폴을 동시에 발생시키기 때문에, 종래의 기술과 비교하여 구조의 복잡성을 줄일 수 있다. 또한 다중대역에서 등방성 패턴을 발생시킴과 동시에 평면형 구조로 설계될 수 있기 때문에 소형 단말 시스템 설계에 다방면으로 활용될 수 있다.According to the above embodiments, a small planar pseudoisotropic antenna that can operate in multiple bands and is reconfigurable can be implemented. Since the proposed structure generates an equivalent electric dipole and a magnetic dipole as a single structure at the same time, it is possible to reduce the complexity of the structure compared to the conventional technique. In addition, since an isotropic pattern can be generated in a multi-band and at the same time, it can be designed in a planar structure, so it can be used in various ways in designing a small terminal system.
실시예들의 효과는 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the embodiments are not limited to the above-described effects, and effects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.
도 1은 실시예들과 관련하여, SRR의 등방성 방사 패턴을 분석한 도면이다.
도 2는 실시예들에 따른 폴디드 다이폴(Folded dipole)구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 관한 다중 대역에서 동작하고 재구성 가능한 평면형 유사 등방성 안테나의 상면도이다.
도 4는 다른 실시예에 관한 다중 대역에서 동작하고 재구성 가능한 평면형 유사 등방성 안테나의 상면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 유사 등방성 안테나의 등가 회로도이다.
도 6은 실시예들의 원리를 설명하기 위하여, (a) 도 5에 도시된 회로도에서 유사 등방성 안테나의 캐패시터 및 공진기가 없는 경우, (b) 도 5에 도시된 회로도에서 유사 등방성 안테나의 인덕터가 없는 경우 및 (c) 도 5에 도시된 회로도에서 모든 소자가 포함된 경우의 회로도이다.
도 7은 실시예들의 원리를 설명하기 위하여, (a) 도 6(a)에 도시된 회로도의 임피던스, (b) 도 6(b)에 도시된 회로도의 임피던스 및 (c) 도 6(c)에 도시된 회로도의 임피던스를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 4에 도시된 유사 등방성 안테나의 반사계수를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4에 도시된 유사 등방성 안테나의 (a) low band 및 (b) high band 에서의 공진 전류분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4에 도시된 유사 등방성 안테나의 (a) low band 및 (b) high band 에서의 방사패턴을 나타내는 도면이다.
도 11은 또 다른 실시예를 설명하기 위하여, (a) 도 5에 도시된 회로도에서 공진기가 없는 경우, (b) 도 5에 도시된 회로도에서 모든 소자가 포함된 경우 및 (c) 도 11(b)에 도시된 회로도에서 병렬 공진기가 추가된 경우의 회로도이다.
도 12는 도 11에 도시된 각각의 경우에 유사 등방성 안테나의 반사계수를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 11(b)의 회로도의 경우와 도 11(c)의 회로도의 경우를 비교하여 공진점이 변경되는 것을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating an analysis of an isotropic radiation pattern of an SRR in connection with embodiments.
2 is a perspective view showing a structure of a folded dipole according to embodiments.
3 is a top view of a planar pseudoisotropic antenna that is reconfigurable and operates in multiple bands according to an embodiment.
4 is a top view of a planar pseudoisotropic antenna that is reconfigurable and operates in multiple bands according to another embodiment.
5 is an equivalent circuit diagram of the pseudoisotropic antenna shown in FIG. 4.
6 illustrates the principle of the embodiments, (a) in the case where the capacitor and the resonator of the pseudoisotropic antenna are not present in the circuit diagram shown in FIG. 5, (b) the inductor of the pseudoisotropic antenna is not present in the circuit diagram shown in FIG. It is a circuit diagram of the case and (c) a case in which all elements are included in the circuit diagram shown in FIG. 5.
7 illustrates the principle of the embodiments, (a) the impedance of the circuit diagram shown in FIG. 6(a), (b) the impedance of the circuit diagram shown in FIG. 6(b), and (c) FIG. 6(c) It is a diagram showing the impedance of the circuit diagram shown in FIG.
FIG. 8 is a diagram showing reflection coefficients of the pseudoisotropic antenna shown in FIG. 4.
FIG. 9 is a diagram showing resonant current distributions in (a) low band and (b) high band of the pseudoisotropic antenna shown in FIG. 4.
10 is a diagram showing radiation patterns in (a) low band and (b) high band of the pseudoisotropic antenna shown in FIG. 4.
11 illustrates another embodiment, (a) a case in which there is no resonator in the circuit diagram shown in FIG. 5, (b) a case in which all elements are included in the circuit diagram shown in FIG. 5, and (c) FIG. 11 ( It is a circuit diagram when a parallel resonator is added in the circuit diagram shown in b).
12 is a diagram showing the reflection coefficient of the pseudoisotropic antenna in each case shown in FIG. 11.
FIG. 13 is a view for explaining that the resonance point is changed by comparing the case of the circuit diagram of FIG. 11(b) and the case of the circuit diagram of FIG. 11(c).
도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.Specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add, change, or delete other elements within the scope of the same idea. Other embodiments included within the scope of the inventive concept may be easily proposed, but this will also be said to be included within the scope of the inventive concept.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.
실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the embodiments have selected general terms that are currently widely used as possible while considering functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the art, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit" and "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1은 실시예들과 관련하여, SRR의 등방성 방사 패턴을 분석한 도면이며, 도 2는 실시예들에 따른 폴디드 다이폴(Folded dipole)구조를 도시한 사시도이다.1 is a diagram illustrating an isotropic radiation pattern of an SRR in relation to embodiments, and FIG. 2 is a perspective view illustrating a folded dipole structure according to embodiments.
도 1을 참조하면, SRR에는 양단의 갭에서 전류가 최소가 되고 중심부에서 최대가 되는 Sinusoidal 전류가 흐른다고 가정할 수 있다. 이 전류분포는 도 1의 우측에 도시된 그림처럼 균일한 크기와 방향을 가지는 전류와 같은 방향으로 짧게 끊어져 흐르는 전류로 나누어 생각할 수 있다. 이때 전자는 도면을 뚫고 나오는 방향으로 등가 자기 다이폴을, 후자는 수평 방향으로 등가 전기 다이폴을 발생시킨다. 자기 다이폴과 전기 다이폴은 도 1과 같이 전방향성 패턴(Omni-directional)으로 방사한다. 두 등가 다이폴이 동시에 발생될 때, 각 다이폴에서 방사하는 필드는 90도의 위상 차이를 가지므로 서로 간섭 없이 방사할 수 있게 된다. 따라서 각 다이폴의 전방향성(Omni-directional) 방사 패턴이 더해져 도 1의 좌측과 같은 등방성 방사 패턴을 형성할 수 있게 된다.Referring to FIG. 1, it can be assumed that a sinusoidal current flows in the SRR with a minimum current in the gap at both ends and a maximum in the center. This current distribution can be considered by dividing it by a current that shortly breaks and flows in the same direction as a current having a uniform size and direction, as shown in the figure on the right side of FIG. At this time, the former generates an equivalent magnetic dipole in a direction exiting through the drawing, and the latter generates an equivalent electric dipole in a horizontal direction. The magnetic dipole and the electric dipole radiate in an omni-directional pattern as shown in FIG. 1. When two equivalent dipoles are generated at the same time, the fields radiated by each dipole have a phase difference of 90 degrees, so that they can be radiated without interference with each other. Accordingly, omni-directional radiation patterns of each dipole are added to form an isotropic radiation pattern as shown on the left side of FIG. 1.
그러나 SRR 단일 구조로는 방사저항이 낮아하여 임피던스 정합과 방사효율 등 방사특성이 매우 저조하다. 따라서 SRR을 안테나로 활용하기 위해 폴디드 다이폴 (Folded dipole)구조를 적용한 것이 도 2에 도시된 구조이다. However, with a single SRR structure, radiation resistance is low, so radiation characteristics such as impedance matching and radiation efficiency are very poor. Accordingly, in order to utilize the SRR as an antenna, a folded dipole structure is applied to the structure shown in FIG. 2.
도 2를 참조하면, 폴디드 다이폴 구조를 적용한 SRR을 폴디드 SRR이라 명명하였고, 폴디드 SRR은 도 2a의 Transmission line mode와 도 2b의 Antenna mode로 동작하게 된다. 이때, 폴디드 SRR의 둘레 길이가 반파장이 되면 Transmission line mode의 인풋 저항이 발산하면서 Antenna mode만 발생하게 되고, 이는 SRR 두 개가 동시에 방사하는 효과를 보이기 때문에 SRR의 등방성 패턴을 유지하면서도 방사특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 두 SRR의 두께 또는 폭 비율을 조절하여 방사저항을 쉽게 조절할 수 있고, 따라서 방사 효율이나 임피던스 정합등의 방사 특성을 개선할 수 있다.Referring to FIG. 2, the SRR to which the folded dipole structure is applied is referred to as a folded SRR, and the folded SRR operates in the transmission line mode of FIG. 2A and the antenna mode of FIG. 2B. At this time, when the circumferential length of the folded SRR becomes half wavelength, the input resistance of the transmission line mode is emitted and only the antenna mode is generated.This has the effect of radiating the two SRRs at the same time, thus improving the radiation characteristics while maintaining the isotropic pattern of the SRR. I can make it. In particular, it is possible to easily adjust the radiation resistance by adjusting the thickness or width ratio of the two SRRs, and thus radiation characteristics such as radiation efficiency or impedance matching can be improved.
도 3은 일 실시예에 관한 다중 대역에서 동작하고 재구성 가능한 평면형 유사 등방성 안테나를 도시한 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating a planar pseudoisotropic antenna that can be reconfigured and operated in multiple bands according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 유사 등방성 안테나(100)는 제1 폴디드 SRR(111) 및 제2 폴디드 SRR(112)를 포함하는 폴디드 SRR(110), 공진기(120) 및 급전부(130)를 포함하고 있다. 제1 폴디드 SRR(111)의 외부에는 제2 폴디드 SRR(112)가 소정의 공간을 갖도록 이격되어 배치되고, 제1 폴디드 SRR(111) 및 제2 폴디드 SRR(112)는 동일 평면에 배치된다.Referring to FIG. 3, the
제1 폴디드 SRR(111)은 제1 말단 및 제2 말단을 가지며, 제2 폴디드 SRR(112)은 제1 단부 및 제2 단부를 가진다. 폴디드 SRR(110)은 제1 폴디드 SRR(111)의 제1 말단과 제2 폴디드 SRR(112)의 제1 단부를 서로 연결시키는 제1 연결부(113) 및 제1 폴디드 SRR(111)의 제2 말단과 제2 폴디드 SRR(112)의 제2 단부를 서로 연결시키는 제2 연결부(114)를 포함한다. 제1 연결부(113)와 제2 연결부(114)는 소정의 간격으로 이격되어 갭(115)을 형성하고 있다.The first folded
공진기(120)는 제1 연결부(113)와 제2 연결부(114)의 사이에 형성된 갭(115)에 배치된다. 유사 등방성 안테나(100)는 후술하는 바와 같이, 공진기(120)에 의해 폴디드 SRR(110)의 공진이 조절될 수 있으며, 이에 따라 다중 대역에서 작동 가능하다. 공진기(120)는 하나 이상의 캐패시터(capacitor) 및 인덕터(inductor)의 조합을 포함할 수 있다.The
급전부(130)는 제1 폴디드 SRR(111)에 배치되어 있으며, 유사 등방성 안테나(100)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서 급전부(130)는 유사 등방성 안테나(100)와 전기적으로 직접 연결되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 급전부(130)는 유사 등방성 안테나(100)와 커플링에 의해 간접적으로 급전되는 구조일 수 있다.The
도 4는 다른 실시예에 관한 다중 대역에서 동작하고 재구성 가능한 평면형 유사 등방성 안테나를 도시한 개략도이다.4 is a schematic diagram illustrating a planar pseudoisotropic antenna that is reconfigurable and operates in multiple bands according to another embodiment.
도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 유사 등방성 안테나(100)에서 공진기(120)가 직렬 공진기(220)로 구성되는 것을 제외하고 나머지 구성은 동일하다. 즉, 직렬 공진기(220)는 폴디드 SRR(210)의 제1 연결부(213) 및 제2 연결부(214)의 사이에 형성된 갭(215)에 배치된다. 직렬 공진기(220)는 캐패시터(221) 및 인덕터(222)를 포함하고 있으며, 캐패시터(221) 및 인덕터(222)가 직렬로 배치되어 있다. 도 4에 도시된 실시예에서 캐패시터(221) 및 인덕터(222)는 각각 1 개씩 배치되어 있으나, 캐패시터(221) 및 인덕터(222)의 개수는 이에 한정되지 않으며, 복수의 캐패시터(221) 및 인덕터(222)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the
또한, 직렬 공진기(220)의 캐패시터(221) 및 인덕터(222)는 가변소자일 수 있다. 이에 따라, 캐패시터(221) 및 인덕터(222)의 값을 조절하여 공진 위치를 용이하게 변경할 수 있다. 따라서 도 4에 도시된 실시예에 관한 다중 대역에서 동작하는 평면형 유사 등방성 안테나(200)는 필요에 따라 안테나 특성의 일부를 바꿀 수 있도록 재구성 가능하게 동작할 수 있다.In addition, the
도 4에 도시된 실시예와 같이, 폴디드 SRR(210)의 갭(215)에 부가된 직렬 공진기(220)에 의해 안테나(200)의 공진이 조절될 수 있으며, 결과적으로 유사 등방성 안테나(200)는 이중 대역으로 동작이 가능하게 된다. 또한 후술하는 바와 같이 직렬 공진기(220)에 의해 새로 형성된 두 번째 공진은 거의 균일한 등방성 패턴을 발생시킬 수 있다.4, the resonance of the
도 5는 도 4에 도시된 유사 등방성 안테나의 등가 회로도이다.5 is an equivalent circuit diagram of the pseudoisotropic antenna shown in FIG. 4.
도 5를 참조하면, 폴디드 SRR(210)에 의한 등가회로는 인덕터(231), 캐패시터(232) 및 레지스터(233)를 포함하는 직렬 공진기의 구조이다. 도 4에 도시된 실시예에 관한 유사 등방성 안테나(200)는 폴디드 SRR(210)의 갭(215) 부분에 캐패시터(221) 및 인덕터(222)를 포함하는 직렬 공진기(220)가 부가된 것이다. 이에 따른 등가 회로도는 유사 등방성 안테나(200)의 캐패시터(232)에 병렬적으로 직렬 공진기(220)가 인가된다.Referring to FIG. 5, the equivalent circuit of the folded
도 6은 임피던스 측면에서 실시예들에 관한 유사 등방성 안테나의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 6(a)는 도 5에 도시된 회로도에서 안테나의 캐패시터 및 공진기가 없는 경우, 도 6(b)는 도 5에 도시된 회로도에서 안테나의 인덕터가 없는 경우 및 도 6(c)는 도 5에 도시된 회로도에서 모든 소자가 포함된 경우의 회로도이다.6 is a view for explaining the principle of the pseudoisotropic antenna according to the embodiments in terms of impedance. 6(a) is a case in which the capacitor and resonator of the antenna are not present in the circuit diagram shown in FIG. 5, and FIG. 6(b) is a case where the inductor of the antenna is not present in the circuit diagram shown in FIG. 5, and FIG. It is a circuit diagram when all elements are included in the circuit diagram shown in FIG.
도 7은 실시예들의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 7(a)는 도 6(a)에 도시된 회로도의 임피던스를 나타내고, 도 7(b)는 도 6(b)에 도시된 회로도의 임피던스를 나타내고 도 7(c)는 도 6(c)에 도시된 회로도의 임피던스를 나타내는 도면이다.7 is a diagram for explaining the principle of the embodiments. FIG. 7(a) shows the impedance of the circuit diagram shown in FIG. 6(a), FIG. 7(b) shows the impedance of the circuit diagram shown in FIG. 6(b), and FIG. 7(c) shows the impedance of FIG. 6(c) It is a diagram showing the impedance of the circuit diagram shown in FIG.
도 6(a)의 회로도를 참조하면, 안테나에서 급전원(230), 인덕터(231) 및 레지스터(233)가 직렬로 연결되어 있는 경우를 나타낸다. 이에 대한 임피던스를 나타내는 도 7(a)를 참조하면, 인덕터(231)에 의한 리액턴스(Reactance)는 주파수가 높아질수록 선형적으로 증가한다.Referring to the circuit diagram of FIG. 6(a), it shows a case in which the
도 6(b)의 회로도를 참조하면, 안테나에서 급전원(230), 캐패시터(232) 및 레지스터(233)가 직렬로 연결되어 있으며, 캐패시터(232)와 직렬 공진기(220)가 병렬로 부가되어 있는 경우를 나타낸다. 이에 대한 임피던스를 나타내는 도 7(b)를 참조하면, 임피던스는 직렬 및 병렬 공진 형태를 띄게 된다.Referring to the circuit diagram of FIG. 6(b), the
도 6(c)의 회로도를 참조하면, 안테나에서 급전원(230), 인덕터(231), 캐패시터(232) 및 레지스터(233)가 직렬로 연결되어 있으며, 캐패시터(232)와 직렬 공진기(220)가 병렬로 부가되어 있는 경우를 나타낸다. 즉, 도 6(b)와 비교하여 인덕터(231)가 직렬로 결합된 경우와 같다. 이에 대한 임피던스를 나타내는 도 7(c)를 참조하면, 임피던스는 직렬 공진이 두 곳에서 발생하는 형태를 띄게 된다.Referring to the circuit diagram of FIG. 6(c), the
도 6(c)의 회로도는 도 4에 도시된 실시예에 관한 유사 등방성 안테나(200)의 등가 회로도이다. 따라서, 도 7(c)의 임피던스의 그래프는 유사 등방성 안테나(200)의 전체 공진 주파수가 유사 등방성 안테나의 구조 자체에 의한 인덕터(231) 캐패시터(232) 및 레지스터(233)에 의해 결정될 수 있을 뿐만 아니라, 직렬 공진기(220)의 캐패시터(221) 및 인덕터(222)에 의해서도 결정될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 직렬 공진기(220)의 캐패시터(221) 및 인덕터(222)에 가변소자를 적용할 경우 재구성 가능한 유사 등방성 안테나가 구현될 수 있다.The circuit diagram of FIG. 6C is an equivalent circuit diagram of the
도 8은 도 4에 도시된 유사 등방성 안테나의 반사계수를 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing the reflection coefficient of the pseudoisotropic antenna shown in FIG. 4.
도 8의 반사계수의 그래프를 참조하면, 약 0.72 GHz 및 약 1.32GHz에서 공진하는 이중 대역 특성을 가지고 있다. 이러한 두 공진은 유사 등방성 안테나(200)의 구조(폴디드 SRR의 반지름, 갭 너비, 폭, 두께 등)을 조절함으로써 조절될 수 있으며, 특히 공진기(도 4에 도시된 실시예의 경우 직렬 공진기(220))의 가변소자의 값을 조절함으로써 조절될 수 있다.Referring to the graph of the reflection coefficient of FIG. 8, it has a dual-band characteristic resonating at about 0.72 GHz and about 1.32 GHz. These two resonances can be adjusted by adjusting the structure (radius, gap width, width, thickness, etc. of the folded SRR) of the
도 9는 도 4에 도시된 유사 등방성 안테나의 공진 전류분포를 나타내는 도면이다. 도 9(a)는 low band에서의 공진 전류분포를 나타내고, 도 9(b)는 high band에서의 공진 전류분포를 나타낸다.9 is a diagram showing a resonant current distribution of the pseudoisotropic antenna shown in FIG. 4. 9(a) shows the resonance current distribution in the low band, and FIG. 9(b) shows the resonance current distribution in the high band.
도 9를 참조하면, 두 공진점에서의 공진 전류분포는 도 2(b)에 도시된 폴디드 SRR의 전류분포와 매우 유사하다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 폴디드 SRR(110)에 공진기(120)를 추가해도 안테나의 특성(전류분포 및 등방성 패턴)이 변하지 않는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9, the resonance current distribution at the two resonance points is very similar to the current distribution of the folded SRR shown in FIG. 2(b). As shown in FIG. 3, it can be seen that even when the
도 10은 도 4에 도시된 유사 등방성 안테나의 방사패턴을 나타내는 도면이다. 도 10(a)는 low band에서의 방사패턴을 나타내고, 도 10(b)는 high band 에서의 방사패턴을 나타낸다.10 is a diagram illustrating a radiation pattern of the pseudoisotropic antenna shown in FIG. 4. Fig. 10(a) shows a radiation pattern in a low band, and Fig. 10(b) shows a radiation pattern in a high band.
도 10을 참조하면, 두 공진점의 방사패턴은 도 1에서 도시된 바와 같이, 전기 다이폴과 자기 다이폴의 합으로 동작원리를 설명할 수 있다. 도 10(a) 및 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 두 공진점에서의 방사 패턴은 실제로 유사 등방성 패턴을 보이며 동작하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, as shown in FIG. 1, the radiation pattern of the two resonance points is a sum of an electric dipole and a magnetic dipole to explain the operation principle. As shown in FIGS. 10A and 10B, it can be seen that the radiation patterns at the two resonance points actually show a pseudoisotropic pattern and operate.
도 11은 또 다른 실시예를 설명하기 위하여, (a) 도 5에 도시된 회로도에서 공진기가 없는 경우, (b) 도 5에 도시된 회로도에서 모든 소자가 포함된 경우 및 (c) 도 11(b)에 도시된 회로도에서 병렬 공진기가 추가된 경우의 회로도이다.11 illustrates another embodiment, (a) a case in which there is no resonator in the circuit diagram shown in FIG. 5, (b) a case in which all elements are included in the circuit diagram shown in FIG. 5, and (c) FIG. 11 ( It is a circuit diagram when a parallel resonator is added in the circuit diagram shown in b).
도 12는 도 11에 도시된 각각의 경우에 안테나의 반사계수를 나타내는 도면이며, 도 13은 도 11(b)의 회로도의 경우와 도 11(c)의 회로도의 경우를 비교하여 공진점이 변경되는 것을 설명하기 위한 도면이다.12 is a diagram showing the reflection coefficient of the antenna in each case shown in FIG. 11, and FIG. 13 is a comparison of the case of the circuit diagram of FIG. 11(b) and the circuit diagram of FIG. 11(c), and the resonant point is changed. It is a diagram for explaining that.
도 11(a)의 회로도를 참조하면, 안테나에서 급전원(230), 인덕터(231), 캐패시터(232) 및 레지스터(233)가 직렬로 연결되어 있는 경우를 나타낸다. 이에 대한 안테나의 반사계수를 나타내는 도 12를 참조하면, 도 11(a)의 등가 회로도를 갖는 안테나는 약 0.95 GHz 에서 공진하는 특성을 가지고 있으며, 이 경우의 안테나는 단일 대역에서만 작동할 수 있다.Referring to the circuit diagram of FIG. 11A, a case in which the
도 11(b)의 회로도를 참조하면, 도 6(c)에 도시된 회로도와 동일한 회로도임을 알 수 있다. 도 12를 참조하면, 도 11(b)의 등가 회로도를 갖는 안테나는 약 0.7 GHz 및 약 1.5 GHz에서 공진하는 이중 대역 특성을 가지고 있다.Referring to the circuit diagram of FIG. 11(b), it can be seen that the circuit diagram is the same as that of FIG. 6(c). Referring to FIG. 12, the antenna having the equivalent circuit diagram of FIG. 11(b) has a dual-band characteristic resonating at about 0.7 GHz and about 1.5 GHz.
도 11(c)의 회로도를 참조하면, 도 11(b)에 도시된 회로도와 비교하여 공진기(320)가 상이하다. 구체적으로, 도 11(b)의 공진기(220)의 경우와 비교하여, 직렬로 연결된 캐패시터(321) 및 인덕터(322)에 대해서 인덕터(323)가 병렬로 추가 결합되었다. 도 12를 참조하면, 도 11(c)의 등가 회로도를 갖는 안테나는 약 0.9 GHz 및 약 1.7 GHz에서 공진하는 이중 대역 특성을 가지고 있다.Referring to the circuit diagram of FIG. 11(c), the
또한, 도 13을 참조하면, 도 11(b)의 안테나(200)의 두 공진점은 약 0.7 GHz 및 약 1.5 GHz의 값을 가지는 (b1, b2) 지점에 위치하고 있다. 도 11(c)의 안테나(300)의 두 공진점은 약 0.9 GHz 및 약 1.7 GHz의 값을 가지는 (c1, c2) 지점에 위치하고 있다. 따라서, 공진기(320)에 인덕터(323)를 병렬로 부가하는 간단한 회로의 변경만으로 두 공진점이 변경될 수 있다. 즉, 본 실시예에 관한 유사 등방성 안테나는 공진기의 소자를 조합하거나 각각의 소자를 가변소자로 사용하는 것에 의해 재구성 가능한 유사 등방성 안테나를 구현할 수 있다.Further, referring to FIG. 13, two resonance points of the
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those of ordinary skill in the art, and general principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention is not to be limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
100, 200, 300: 유사 등방성 안테나
110, 210, : 폴디드 SRR
111, 211: 제1 폴디드 SRR
112, 212: 제2 폴디드 SRR
113, 213: 제1 연결부
114, 214: 제2 연결부
115, 215: 갭
120, 220, 320: 공진기
130, 230, 330: 급전부100, 200, 300: pseudoisotropic antenna
110, 210,: folded SRR
111, 211: first folded SRR
112, 212: second folded SRR
113, 213: first connection
114, 214: second connection
115, 215: gap
120, 220, 320: resonator
130, 230, 330: power supply
Claims (9)
상기 제1 SRR의 외부에 소정의 공간을 갖도록 이격되며 상기 제1 SRR과 동일 평면에 배치되고, 제1 단부 및 제2 단부를 가지는 제2 SRR;
상기 제1 SRR의 상기 제1 말단과 상기 제2 SRR의 상기 제1 단부를 서로 연결시키는 제1 연결부;
상기 제1 SRR의 상기 제2 말단과 상기 제2 SRR의 상기 제2 단부를 서로 연결시키고, 상기 제1 연결부와 소정의 간격으로 이격되어 갭을 형성하는 제2 연결부; 및
상기 갭에 배치되고, 하나 이상의 캐패시터 및 인덕터의 조합을 포함하는 공진기;를 포함하고,
상기 공진기에 의해 다중 대역에서 작동 가능하고,
상기 캐패시터 및 인덕터 각각은 가변 캐패시터 및 가변 인덕터이고,
상기 가변 캐패시터 및 상기 가변 인덕터 각각을 조절하여 공진 주파수를 조절할 수 있는, 평면형 유사 등방성 안테나.A first SRR having a first end and a second end;
A second SRR spaced apart to have a predetermined space outside the first SRR, disposed on the same plane as the first SRR, and having a first end and a second end;
A first connection part connecting the first end of the first SRR and the first end of the second SRR to each other;
A second connection part connecting the second end of the first SRR and the second end of the second SRR to each other and being spaced apart from the first connection part by a predetermined interval to form a gap; And
Includes; a resonator disposed in the gap and including a combination of one or more capacitors and inductors,
It is possible to operate in multiple bands by the resonator,
Each of the capacitor and inductor is a variable capacitor and a variable inductor,
A planar pseudoisotropic antenna capable of adjusting a resonance frequency by adjusting each of the variable capacitor and the variable inductor.
상기 공진기는 직렬 공진기이고,
상기 직렬 공진기에 의해 다중 대역에서 동작 가능한, 평면형 유사 등방성 안테나.The method of claim 1,
The resonator is a series resonator,
A planar pseudoisotropic antenna capable of operating in multiple bands by the series resonator.
상기 공진기는 병렬 공진기이고,
상기 병렬 공진기에 의해 다중 대역에서 동작 가능한, 평면형 유사 등방성 안테나.The method of claim 1,
The resonator is a parallel resonator,
A planar pseudoisotropic antenna capable of operating in multiple bands by the parallel resonator.
상기 제1 SRR 및 상기 제2 SRR은 원형 또는 다각형 형상인, 평면형 유사 등방성 안테나.The method of claim 1,
The first SRR and the second SRR have a circular or polygonal shape, a planar pseudoisotropic antenna.
상기 제1 SRR과 상기 제2 SRR은 동일 평면에 배치되는, 평면형 유사 등방성 안테나.The method of claim 1,
The first SRR and the second SRR are disposed on the same plane, a planar pseudoisotropic antenna.
상기 갭의 상기 간격 및 상기 제1 SRR과 상기 제2 SRR의 폭 중 적어도 하나 이상을 조절하여 공진 주파수를 조절할 수 있는, 평면형 유사 등방성 안테나.The method of claim 1,
A planar pseudoisotropic antenna capable of adjusting a resonance frequency by adjusting at least one of the gap of the gap and the width of the first SRR and the second SRR.
상기 제1 SRR 및 상기 제2 SRR 중 어느 하나에 설치되는 급전부를 더 포함하는, 평면형 유사 등방성 안테나.The method of claim 1,
A planar pseudoisotropic antenna further comprising a feeder installed in any one of the first SRR and the second SRR.
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2020
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