KR102267314B1 - 공진 캐비티 안테나 - Google Patents

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KR102267314B1
KR102267314B1 KR1020200119706A KR20200119706A KR102267314B1 KR 102267314 B1 KR102267314 B1 KR 102267314B1 KR 1020200119706 A KR1020200119706 A KR 1020200119706A KR 20200119706 A KR20200119706 A KR 20200119706A KR 102267314 B1 KR102267314 B1 KR 102267314B1
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KR
South Korea
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parasitic
substrate
patch
resonant cavity
cavity antenna
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Application number
KR1020200119706A
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이승훈
고민호
서철헌
이호진
남형석
당두이닌
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한화시스템 주식회사
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    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H01Q13/106—Microstrip slot antennas
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
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    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements

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  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른, 공진 캐비티 안테나는 접지면; 상기 접지면과 접촉되는 제1기판; 상기 제1기판 상에 에칭되며, 다수의 비아 홀들을 포함하는 피드 패치; 상기 제1기판에 평행하게 미리 지정된 거리 만큼 이격되어 공기 갭을 형성하는 제2기판; 및 상기 제2기판의 하부에 에칭되는 다수의 하이브리드 기생 링들을 포함한다.
101:제1기판 103: 접지면
105: 피드 패치 107: 제2기판
109: 다수의 기생 요소들
111, 113, 115, 117, 119, 121, 131, 133, 135, 137, 139, 141: 다수의 비아홀들
143: 기생 패치
145, 147, 149, 151, 153, 155: 다수의 기생 링들
[기타사항]
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
[과제고유번호]
2017R1A5A1015596
[부처명]
과학기술정보통신부
[연구관리전문기관]
한국연구재단
[연구사업명]
선도연구센터지원사업
[연구과제명]
지능형 바이오메디컬 무선전력전송 연구센터
[주관기관]
숭실대학교 산학협력단
[연구기간]
2017.06.01 ~ 2024.02.29

Description

공진 캐비티 안테나{Resonant cavity antenna}
본 발명의 일 실시 예는 안테나에 관한 것으로, 특히, 공진 캐비티 안테나에 관한 것이다.
고성능의 소형 마이크로파 시스템은 미래 기술(예를 들면, 마이크로파 전력 전송, 생체 의학 임플란트 및 5G 핸드셋 장치)의 동향이다.　작동 주파수의 증가 및 개발 제조 기술의 발전은 소형 마이크로파 시스템의 개선을 수반한다. 그러나 고이득 안테나 시스템이 큰 방사선 영역을 요구하기 때문에 고이득 안테나 시스템은 항상 큰 크기의 부품이다. 고 이득 및 광대역을 가진 소형 안테나를 디자인하는 것은 최신 RF 및 마이크로파 시스템들에 대한 큰 도전이다.
최근 몇 년 동안, 피드 패치의 하나 또는 그 배열의 전면에 위치하는 하나 또는 둘의 상판들로 구성된, 공진 캐비티 안테나(Resonant Cavity Antenna, 이하 'RCA'라 한다)는 그것의 높은 이득 때문에 광범위하게 사용되었다. 대역폭을 확장하는 것과 부피를 감소하는 것은 또한 현재 RCA의 연구 과제이다. 상대적으로, 부피, 이득 및 대역폭 간의 상충 관계는 이러한 연구에서 고려된다. 고이득 RCA들은 큰 측면 크기와 좁은 대역폭을 감내한다. 대조적으로, 소형 디자인은 다른 것보다 낮은 이득을 가진다. 반면에, 고이득 및 광대역을 획득하려는 소형 RCA는 다중-상판 레이어들 또는 복합 상판 구조들이 필요하다.
따라서, 소형이면서 높은 이득을 가진 RCA를 위해서 새로운 피드 패치 및 상판 구조의 필요성이 대두되었다.
본 발명의 일 실시 예는 소형이면서 높은 이득을 가진 공진 캐비티 안테나를 제안한다.
그리고 본 발명의 일 실시 예는 공진 캐비티 안테나가 소형이면서 높은 이득을 가질 수 있도록 새로운 피드 패치를 제안한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 공진 캐비티 안테나가 소형이면서 높은 이득을 가질 수 있도록 새로운 상판 구조를 제안한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른, 공진 캐비티 안테나는 접지면; 상기 접지면과 접촉되는 제1기판; 상기 제1기판 상에 에칭되며, 다수의 비아 홀들을 포함하는 피드 패치; 상기 제1기판에 평행하게 미리 지정된 거리 만큼 이격되어 공기 갭을 형성하는 제2기판; 및 상기 제2기판의 하부에 에칭되는 다수의 하이브리드 기생 링들을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예는 공진 캐비티 안테나가 새로운 피드 패치를 에칭함으로써 소형이면서 높은 이득을 가진 공진 캐비티 안테나를 제공할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시 예는 공진 캐비티 안테나가 새로운 상판 구조를 이용함으로써 소형이면서 높은 이득을 가진 공진 캐비티 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예는 공진 캐비티 안테나가 새로운 피드 패치와 새로운 상판 구조를 가짐으로써 소형이면서 높은 이득을 가진 공진 캐비티 안테나를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나의 피드 패치에 대한 이득을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나의 기생 패치 어레이의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나의 상판 바닥 표면에서 발생하는 E-필드를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나에서 비아 홀 피드 패치와 기생 패치 간의 전류 방향을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나에서 기생 요소가 에칭된 상판 표면에서 발생하는 E-필드를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 기생 링을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나에서 기생 링이 에칭된 상판 표면에서 발생하는 E-필드를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나에서 주파수 대역폭에 따른 공진 및 이득을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 기생 구조에 포함된 기생 요소들의 크기들을 나타내는 표이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에서 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 해당하는 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.
본 발명의 실시 예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 발명된 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시 예들을 설명함에서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시 예에서 '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 '모듈' 혹은 복수 의'부'는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 '모듈' 혹은 '부'를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명가 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 1(a)를 참조하면, 공진 캐비티 안테나는 제1기판(101)과 제1기판(101)의 하부에 부착되는 접지면(103)과 제1기판(101)의 상부에 에칭되는 피드 패치(feed patches)(105)와 공기 갭(gap)을 형성하기 위해 제1기판(101)과 미리 지정된 거리만큼 이격되어 위치하는 제2기판(109)과 제2기판(109)의 하부에 에칭된 다수의 기생 요소들(parasitic elements)(109)을 포함한다.
각 구성요소를 살펴보면, 접지면(103)은 캐비티 안테나를 도체로 지표에 연결하는 면이다. 제1기판(101)은 균일 기판(homogeneous substrate)이다. 예를 들면, 제1기판(101)은 금속 또는 유전체 기판일 수 있다.
피드 패치(105)는 기판 상에 다수의 비아 홀(via hole)들을 가질 수 있다. 예를 들면, 피드 패치(105)는 다수의 비아 홀들을 가지므로, 비아 홀 피드 패치라고 불릴 수 있다. 예를 들면, 비아 홀 피드 패치(105)는 높은 지향성과 좁은 빔폭을 가질 수 있다.
예를 들면, 기판의 두께는 피드 패치(105)의 폭과 이득을 기반으로 결정될 수 있다. 예를 들면, 기판의 두께는 1.2 mm일 수 있다. 기존 패치의 경우에는 기판 두께가 패치의 이득에 비례하고 크기에 반비례한다. 유사하게, 비아 홀 패치의 폭은 기판의 두께에 반비례한다. 그러나 패치의 가장 높은 이득은 기판의 최적 두께에서만 달성된다. 예를 들면, 도 2(a)를 참조하면, 비아 홀 피드 패치(105)의 가장 높은 이득은 기판의 두께가 1.2 mm인 경우에 달성되므로, 기판의 두께는 1.2 mm일 수 있다. 예를 들면, 도 1(b)를 참조하면, 기판의 형상은 정사각형일 수 있다. 예를 들면, 정사각형 기판의 한 변의 길이(P)는 0.9λ1일 수 있다.
예를 들면, 피드 패치(105)는, 도 1(b)를 참조하면, 16개의 비아 홀들(111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 16개의 비아 홀들(111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133, 135, 137, 139, 141) 중에서 12개의 비아 홀들(111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131)은 피드 패치(105)의 중심점을 기준으로 X자 형상으로 배열될 수 있다. 그리고 나머지 4개의 비아 홀들(133, 135, 137, 139, 141)은 피드 패치(105)의 수평 중심선을 상에 배열될 수 있다. 예를 들면, X자 형상으로 배열된 12개의 비아 홀들(111, 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131)의 지름(R1)은 수평으로 배열된 4개의 비아 홀들(133, 135, 137, 139, 141)의 지름(R2)과 다를 수 있다. 예를 들면, R1은 0.5 mm이며, R2는 0.3 mm일 수 있다.
이러한 비아 홀의 유도 효과로 인해 피드 패치(105)의 너비가 비아 홀이 존재하지 않는 피드 패치 대비, 0.5λ1에서 0.9λ1으로 확대된다. 예를 들면, 도 2(b)를 참조하여, 두 개의 주 평면 (φ=0도 및 φ=90도)에서 기존 및 비아 홀 피드 패치의 실현된 이득을 비교하면, 비아 홀의 션트 유도성(shunt inductive)으로 인해 피드 패치는 4.6 dB의 이득 향상에 해당하는 11.5 dBi의 피크 이득을 가질 수 있다. 예를 들면, 비아 홀 피드 패치(105)는 기존의 피드 패치에 비해 상당히 좁은 방사 빔을 가질 수 있다. 그리고 비아 홀 피드 패치(105)의 높은 복사 효율은 96 %일 수 있다. 결과적으로, 비아 홀 피드 패치(105)는 공진 캐비티 안테나의 성능을 향상시킬 수 있다.
제2기판(107)은 마이크로스트립(microstrip) 또는 유전체 상판일 수 있다. 예를 들면, 마이크로스트립은 주기적 또는 비주기적 마이크로스트립 상판일 수 있다. 예를 들면, 제2기판(107)은 제1기판(101)과 다른 두께(h), 다른 상대 유전율(ε) 및 다른 상대 투과성(β)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제2기판(107)은 저비용 및 높은 유전 상수를 가진 FR4 기판일 수 있다.
다수의 기생 요소들(109)은 제2기판(107) 상에 에칭된다. 예를 들면, 7개의 기생 요소들(109)이 제2기판(107) 상에 에칭될 수 있다. 이제부터 도 3을 참조하여, 다수의 기생 요소들(109)의 변경 과정을 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나의 기생 패치 어레이의 구조를 도시한 도면이다.
그림 3을 참조하면, 7개의 정사각형 기생 패치들(이하, '기생 패치 어레이'라 한다)은 1.52 mm 두께로 FR4 상판(301)의 바닥면에 배열된다. 이러한 패치의 구성은 도 4에 도시된 균일 유전체 상판(401)의 바닥 표면에서 발생하는 전자기장(E(Electromagnetic)-필드) 분포를 기반으로 한다. 비아 홀 피드 패치의 경우, E-필드는 내림차순으로 다른 레벨로 분포된다. 유전체 상판의 중심에서. 각 레벨은 거의 타원형 링 모양의 등고선이다. 결과적으로, 이러한 요소는 중앙 패치 주위의 타원형 링에 놓인 6개의 요소로 배열된다. 이러한 요소는 E0, E1 및 E2를 포함하여 세 그룹으로 구분된다. 세 그룹의 치수와 요소 간 간격은 공진 조건을 만족하도록 결정되며, 이는 기생 패치의 전기장과 피드 패치 사이의 180도 위상차로 표현된다. 비아 홀 피드 패치인 경우, 피드 패치 표면의 전계가 균일하지 않아 비아 홀의 션트 유도 효과가 발생합니다. 정사각형 기생 패치(503)는 도 5와 같이, 비아 홀 피드 패치 표면(501)의 지배적 전류 방향과 반대 전류의 방향으로 설치된다.
예를 들면, 정사각형 기생 패치 상판(301)의 배열 면적은 Gupta의 연구에서의 2λ0×2λ0 및 15.8 dBi와 비교하면, 5.8 GHz에서 16.5 dBi의 피크 이득을 가진, 1.75λ0×1.75λ0일 수 있다. 높은 공진은 각 기생 요소의 자기 공명과 이들 간의 상호 결합을 통합하여 발생된다. 상호 결합은 자기 공명을 보장하기 위해 요소 너비의 증가를 지시하는 요소 사이의 간격이 감소할 때 증가한다. 따라서, 비주기적 사각형 기생 패치 상판의 측면 크기는 주기적 패치보다 훨씬 크다.
방사 요소의 관점에서 볼 때, 공진은 조금 더 작은 구조로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 가장 간단한 것이 사각 링이다. 링 구조의 대체 능력은 도 6과 같이, 기생 요소가 에칭된 상판 표면의 E-필드(601) 분포의 분석을 통해서 입증된다. E- 필드(601)는 패치 영역의 가장자리에서 주로 집중되고 내부 영역에서 점차 감소한다. 중심 지역에서 E-필드(601)는 거의 보이지 않는다. 따라서, 기생 영역에서 기여하지 않는 영역이 제거된 사각형 기생 링이 제안된다. 이제부터 도 7을 참조하여 기생 링을 자세히 설명하고자 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단일 기생 링을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상판(701)은 하나의 기생 링이 에칭된다. 이제부터, 기생 패치의 너비(W0)와 가장자리(s0) 간의 관계를 통해 단일 사각형 기생 링을 설명한다. 예를 들면, λ2/2(12.7 mm)의 너비를 가진 단일 사각 기생 패치의 경우, RCA의 실현 이득은 13 dBi일 수 있다. 이와 동일한 결과가 기생 패치의 너비(W0)와 가장자리(s0)의 적합한 치수를 가진 기생 링으로 획득될 수 있다.
도 7(b)의 그래프(703)는 단일 기생 패치와 동일한 성능을 갖은 기생 링의 치수를 나타낸다. 기생 링에서 가장자리의 너비가 줄어들면 링의 너비도 줄어든다. 예를 들면, s0의 가장 작은 값은 0.2 mm이며, s0의 가장 높은 값은 단일 패치의 경우에 W0와 동일할 수 있다.
결과적으로, 도 3에 도시된 바와같이, 가장 작은 값의 s0를 가진 7개의 정사각형 기생 링들(303)이 측면 크기가 1.35λ0×1.35λ0인 소형 상판 상에 배열될 수 있다. 기생 링의 너비는 상당히 상당히 줄어들지만 기생 링의 위치는 거의 변하지 않기 때문에 기생 링들 간의 간격은 늘어난다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나에서 기생 링이 에칭된 상판 표면에서 발생하는 E-필드(801)의 분포를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 강한 자기 공명은 작은 링들로 획득된다. 그러나 기생 링들 간에 상호 결합이 감소하여 방향성과 이득이 감소한다.
상호 결합을 보상하기 위해, 도 3에 도시된, 하이브리드 기생 링 구조가 제안된다. E0 요소는 크기가 상판(307)의 치수에 영향을 주지 않기 때문에, 기생 링(305)에서 기생 패치(309)로 변경된다.
반면에, E1 및 E2 요소는 이러한 요소들 사이의 간격을 줄이기 위해 적절한 너비가 선택된 기생 링들이다. 특히, E1은 상판의 수직 치수를 최적화하기 위해 정사각형에서 직사각형으로 변환되지만, 여전히 공진 상태를 보장한다. 따라서, 최적화된 상판의 크기는 사각 기생 링의 상판(303)과 동일하다.
이러한 하이브리드 기생 링 구조는 소형이며, 높은 공진을 제공한다. 3개의 비주기적인 마이크로스트립 상판의 치수는 도 10의 표(1001)에 도시되어 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나에서 주파수 대역폭에 따른 공진 및 이득을 나타내는 그래프이다.
예를 들면, 공진 캐비티 안테나는 비아 홀 피드 패치(105)와 다수의 기생 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 다수의 기생 요소들은 정사각형 기생 패치들(Square Parasitic Patches, 이하 'SPPs'라 한다), 정사각형 기생 링들(Square Parasitic Rings, 이하 'SPRs'라 한다) 및 하이브리드 기생 링들(Hybrid Parasitic Rings, 이하 'HPSs'라 한다) 중 어느 하나일 수 있다.
도 9(b)의 그래프(903)를 참조하면, 정사각형 기생 패치들, 정사각형 기생 링들 및 하이브리드 기생 링 구조의 피크 이득은 각각 15.4 dBi, 16.5 dBi 및 16.3 dBi이다. 이러한 공진 캐비티 안테나의 측면 크기는 1.75λ0×1.75λ0, 1.35λ0×1.35λ0 및 1.35λ0×1.35λ0이다. 특히, 하이브리드 기생 링 구조는 소형이면서 높은 이득을 얻을 수 있다.
대역폭(Band Width) 측면에서 정사각형 기생 패치, 정사각형 기생 링 및 하이브리드 기생 링을 가진 공진 캐비티 안테나의 3dB 이득 대역폭은 각각 4.7 %, 8.3 % 및 10.7 %이다. 이러한 결과는 약 2 %에 불과한 주기적인 기생 패치와 비교할 때 엄청난 확장이다.
이 확장의 핵심은 도 9(a)의 그래프(901)에 도시돤 바와 같이, 비주기적 구조에 의해 생성된 이중 공진이다. 기생 요소의 길이가 다르면 자체 공진 주파수가 다르다. 공진 캐비티 안테나의 작동 주파수에 대한 각 공진의 기여는 피드 패치까지의 거리에 따라 다르다. 한편, 많은 인접 공진의 배열은 대역폭을 확장할 수 있다. 공진을 간단히 제어하기 위해, 기생 요소의 차수는 피드 패치까지 동일한 거리(원형 배열) 또는 상대적으로 동일한 거리(타원 배열)를 갖는 요소 집합으로 정의된다. 이 작업을 위해 일곱 개의 기생 요소들을 두 차수로 나눌 수 있다. 첫 번째 차수는 E0이고, 두 번째 차수는 피드 패치까지의 너비와 거리가 유사한 E1 및 E2가 포함된다.
5.8GHz에서 우세한 공진은 첫 번째 차수에 의해 결정된다. 더 높은 주파수에서 또 다른 공진은 두 번째 차수때문이다. 공진 간의 차이는 차수 간의 길이 차이에 따라 달라진다. 정사각 기생 패치의 경우, 이중 공진이 서로 인접하지 않으므로, 공진 캐비티 안테나는 광대역 안테나가 아닌 이중 대역 안테나로 작동한다. 정사각 기생 링 상판의 경우, 첫 번째 및 두 번째 차수의 다른 치수가 다른 경우보다 작다. 따라서, 정사각 기생 링 상판의 두 번째 공진 주파수는 다른 경우보다 작다. 반면에, 하이브리드 기생 링들을 가진 공진 캐비티 안테나는 두 번째 공진 주파수가 높고 첫 번째 공진에 인접하기 때문에 다른 경우보다 대역폭이 더 넓다.
본 발명에서 제안하는 공진 캐비티 안테나는 비주기적인 마이크로 스트립 상판인 하이브리드 기생 링 상판과 비아 홀 피드 패치들을 포함한다. 비아 홀 피드 패치는 높은 지향성과 좁은 빔폭을 가지고 있다. 비주기적인 마이크로스트립 상판은 두 개의 인접한 공진 주파수를 생성하여 위상의 방사파를 제어하고 대역폭을 넓힌다.
이러한 구성을 통해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나는 다수의 비아 홀들을 포함하는 피드 패치를 에칭함으로써 소형이면서 높은 이득을 획득할 수 있다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나는 하이브리드 기생 링 구조를 이용함으로써 소형이면서 높은 이득을 획득할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진 캐비티 안테나는 다수의 비아 홀들을 가진 피드 패치와 하이브리드 기생 링 구조를 가짐으로써 소형이면서 높은 이득을 획득할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
101:제1기판 103: 접지면
105: 피드 패치 107: 제2기판
109: 다수의 기생 요소들
111, 113, 115, 117, 119, 121, 131, 133, 135, 137, 139, 141: 다수의 비아홀들
143: 기생 패치
145, 147, 149, 151, 153, 155: 다수의 기생 링들

Claims (6)

  1. 접지면;
    상기 접지면과 접촉되는 제1기판;
    상기 제1기판 상에 에칭되며, 다수의 비아 홀들을 포함하는 피드 패치;
    상기 제1기판에 평행하게 미리 지정된 거리 만큼 이격되어 공기 갭을 형성하는 제2기판; 및
    상기 제2기판의 하부에 에칭되는 다수의 하이브리드 기생 링들을 포함하는 공진 캐비티 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 비아 홀들의 개수는 16개이며, 상기 16개의 비아 홀들 중에서 12개의 비아 홀들은 상기 피드 패치의 중심선을 중심으로 엑스자 형상으로 배열되며, 나머지 4개의 비아 홀들은 상기 피드 패치의 수평 중심선 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 공진 캐비티 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 12개의 비아 홀들의 지름은 상기 4개의 비아 홀들의 지름보다 큰 것을 특징으로 하는 공진 캐비티 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 기생 링들은 상기 제2기판의 중심에 위치하는 기생 패치와 상기 기생 패치를 중심으로 미리 지정된 거리만큼 이격되어 배열되는 6개의 기생 링들을 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 캐비티 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기생 패치의 너비는 상기 기생 링들의 너비들보다 크며, 상기 6개의 기생 링들 중에서 2개의 기생링들은 상기 기생 패치의 수직 중심선 상에 배열되고, 나머지 4개의 기생 링들은 상기 기생 패치의 수평 중심선을 기준으로 배열되는 것을 특징으로 하는 공진 캐비티 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2개의 기생 링들은 직사각형이며, 상기 4개의 기생 링들은 정사각형 형상이고, 상기 2개의 기생 링들의 가장자리 너비는 상기 4개의 기생 링들의 가장자리 너비보다 작은 것을 특징으로 하는 공진 캐비티 안테나.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117013249A (zh) * 2023-09-06 2023-11-07 南通大学 一种低仰角双频双波束贴片天线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040047257A (ko) * 2002-11-29 2004-06-05 한국전자통신연구원 유전체 덮개를 이용한 마이크로스트립 패치 안테나 및이를 배열한 배열 안테나
KR20050026205A (ko) * 2003-09-09 2005-03-15 한국전자통신연구원 송/수신용 고이득 광대역 마이크로스트립 패치 안테나 및이를 배열한 배열 안테나
KR20100109151A (ko) * 2009-03-31 2010-10-08 한국항공대학교산학협력단 위성통신용 원형 편파 안테나

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040047257A (ko) * 2002-11-29 2004-06-05 한국전자통신연구원 유전체 덮개를 이용한 마이크로스트립 패치 안테나 및이를 배열한 배열 안테나
KR20050026205A (ko) * 2003-09-09 2005-03-15 한국전자통신연구원 송/수신용 고이득 광대역 마이크로스트립 패치 안테나 및이를 배열한 배열 안테나
KR20100109151A (ko) * 2009-03-31 2010-10-08 한국항공대학교산학협력단 위성통신용 원형 편파 안테나

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117013249A (zh) * 2023-09-06 2023-11-07 南通大学 一种低仰角双频双波束贴片天线
CN117013249B (zh) * 2023-09-06 2024-04-05 南通大学 一种低仰角双频双波束贴片天线

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