KR102430247B1 - Capacitive coupled comb-line microstrip array antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 것이다.
본 발명은 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로; 및 상기 급전선로로부터 일정 간격의 갭을 두고 수직 방향으로 형성되는 마이크로스트립 패치를 포함한다. The present invention relates to a capacitively coupled combline microstrip array antenna.
The present invention is a dielectric substrate; a feed line formed on the dielectric substrate in a longitudinal direction; and a microstrip patch formed in a vertical direction with a gap at a predetermined distance from the feed line.
Description
본 발명은 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직사각형의 마이크로스트립 패치(microstrip patch)를 방사 소자(radiating element)로 하는 배열 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip array antenna, and more particularly, to an array antenna using a rectangular microstrip patch as a radiating element.
마이크로스트립 안테나 또는 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 두께가 얇고(low profile) 평면형 표면 뿐만 아니라 평면형이 아닌 표면에도 부착이 용이하며, 설계가 간단하고, 인쇄회로 기술(printed circuit technology)을 이용하여 저가(low cost)로 제작할 수 있으며, 단일칩 초고주파 집접회로(monolithic microwave integrated circuit)와 함께 설계할 수도 있고, 기계적 강도도 우수하여 다양한 분야에 응용된다. The microstrip antenna or microstrip patch array antenna has a low profile, is easy to attach to non-planar surfaces as well as flat surfaces, is simple in design, and uses printed circuit technology to provide low-cost cost), can be designed together with a single-chip monolithic microwave integrated circuit, and has excellent mechanical strength, so it can be applied to various fields.
이러한 패치 안테나는 단일 방사소자로도 사용되지만, 안테나 이득을 높이거나 방사패턴을 제어하기 위하여 배열 형태로도 많이 사용된다. Although such a patch antenna is used as a single radiation element, it is also widely used in an array form to increase an antenna gain or control a radiation pattern.
패치 배열 안테나의 급전방식으로는 직렬 급전(series-fed)이나 공동 급전(corporate-fed) 방식이 주로 사용되며 각 급전 방식별로 장단점이 있다. As a feeding method of the patch array antenna, a series-fed or a corporate-fed method is mainly used, and each feeding method has advantages and disadvantages.
직렬 급전 패치 배열 안테나는 다수의 마이크로스트립 패치 형태의 방사소자들이 한 방향으로 배치되며, 직렬 급전선에 의하여 서로 연결된다. In the series-feed patch array antenna, a plurality of microstrip patch-type radiating elements are arranged in one direction, and are connected to each other by a series feed line.
직렬 급전선을 통하여 방사 소자에 입력되는 전류의 위상을 조절하여 방사 소자로부터 방사되는 빔 즉, 방사 빔의 기울어짐을 조절할 수 있으며, 방사 소자의 크기 및 각 방사 소자 간의 간격을 조절하여 빔을 합성할 수 있다. By adjusting the phase of the current input to the radiating element through the series feed line, the beam radiated from the radiating element, that is, the inclination of the radiation beam can be adjusted, and the beam can be synthesized by adjusting the size of the radiating element and the distance between each radiating element. have.
일반적으로 빔방향이 안테나 정면방향으로 형성할 경우, 방사 소자들이 동위상(equal phase)의 전류가 급전되도록 하기 위해서 각 방사 소자 간 간격은 동작 주파수 대역에서 한 파장(g)이 되도록 배치한다. In general, when the beam direction is formed in the front direction of the antenna, the distance between the radiating elements is arranged to be one wavelength (g) in the operating frequency band in order to supply currents of equal phase to the radiating elements.
이는 높은 방향성 이득(directivity)을 요구하는 안테나의 경우 소자의 개수를 늘려야 하므로 전체 배열의 길이가 증가하게 된다. In the case of an antenna requiring high directivity, the number of elements must be increased, so that the length of the entire array is increased.
종래 직렬 급전 배열 안테나(등록특허 제 10-1664389)는 직렬 급전 방식의 패치 방사 소자를 배열할 경우, 높은 방향성 이득을 요구하는 경우 방사 소자의 개수를 늘려야 하므로 전체 배열의 길이는 늘어난다. In the conventional series-fed array antenna (Registration Patent No. 10-1664389), when arranging a series-fed patch radiating element, when a high directional gain is required, the number of radiating elements must be increased, so that the length of the entire array is increased.
이때, 배열의 길이가 늘어날 경우 장선 효과(long line effect)에 의해서 설계주파수 이외의 주파수에서는 빔이 안테나 정면방향에서 기울어짐(beam tilting)이 발생한다. At this time, when the length of the array is increased, the beam tilts in the front direction of the antenna at frequencies other than the design frequency due to the long line effect.
종래 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 유전체 기판의 하부에는 접지면을 형성하고, 상부에 직선의 마이크로스트립 급전선로와 방사 소자인 마이크로스트립 패치를 배치하여 배열을 구성한다.In the conventional comb line microstrip patch array antenna, a ground plane is formed under a dielectric substrate, and a straight microstrip feed line and a microstrip patch, which is a radiating element, are disposed on the upper part to form an array.
그러나 종래 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 마이크로스트립 급전선로와 방사소자인 마이크로스트립 패치가 전기적으로 연결되고 방사소자인 마이크로스트립 패치의 폭으로 방사소자의 방사컨덕턴스(radiation conductance)를 조절한다. However, in the conventional comb line microstrip patch array antenna, the microstrip feed line and the microstrip patch as the radiating element are electrically connected, and the radiation conductance of the radiating element is controlled by the width of the microstrip patch as the radiating element.
이러한 선형 배열 구조의 안테나에서 낮은 부엽준위(side lobe level)의 방사패턴을 갖는 배열 안테나를 설계하기 위해서 안테나 급전부의 입력쪽과 끝쪽에 위치한 가장자리 방사소자는 낮은 값의 방사컨덕턴스를 가지고, 가운데에 위치한 소자는 상대적으로 큰 값의 방사컨덕턴스를 가져야 하므로, 가운데의 마이크로스트립 패치의 폭은 넓고 가장자리로 갈수록 마이크로스트립 패치의 폭은 얇아진다. In order to design an array antenna having a radiation pattern of a low side lobe level in the antenna of such a linear array structure, the edge radiation element located at the input side and the end of the antenna feed part has a low radiation conductance, and the Since the positioned device must have a relatively large radiation conductance, the width of the microstrip patch in the middle is wide and the width of the microstrip patch becomes thinner toward the edge.
하지만 마이크로스트립 패치의 폭이 넓으면 패치 상의 전류는 길이 방향뿐만 아니라 폭방향 성분도 가지므로 방사되는 전자파는 교차편파(cross polarization) 성분이 증가하고, 부엽준위도 증가하게 되는 문제점이 있다. However, when the width of the microstrip patch is wide, the current on the patch has not only a longitudinal direction but also a width direction component, so there is a problem in that the cross polarization component of the radiated electromagnetic wave increases and the side lobe level also increases.
또한, 넓은 폭의 마이크로스트립 패치에서는 유효 방사점(effective radiating point)이 변하여 방사소자의 위치를 조절하여야 하는 문제점이 있다. In addition, in the microstrip patch of a wide width, there is a problem in that the effective radiating point is changed and the position of the radiating element must be adjusted.
따라서 종래의 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나로 부엽준위를 낮추는 것은 한계를 가지며 설계의 난이도가 증가하는 문제점이 있다. Therefore, there is a limitation in lowering the side lobe level with the conventional comb line microstrip patch array antenna, and there is a problem in that the difficulty of design increases.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나에서 낮은 부엽준위의 패턴 설계를 위하여 급전선로와 마이크로스트립의 갭으로 방사소자의 방사 컨덕턴스를 조절함으로써, 안테나에 발생하는 교차편파 및 낮은 부엽준위 설계의 어려움을 해결할 수 있는 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 제공하고 한다. The present invention is to solve the conventional problem, by adjusting the radiation conductance of the radiation element with the gap between the feed line and the microstrip for designing a pattern of a low side lobe level in the conventional comb line microstrip patch array antenna, crossover occurring in the antenna We provide a capacitively coupled combline microstrip array antenna that can solve the difficulties of polarization and low side lobe level design.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로; 및 상기 급전선로로부터 일정 간격의 갭을 두고 수직 방향으로 형성되는 마이크로스트립 패치를 포함한다. Capacitive coupling comb line microstrip antenna according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a dielectric substrate; a feed line formed on the dielectric substrate in a longitudinal direction; and a microstrip patch formed in a vertical direction with a gap at a predetermined distance from the feed line.
상기 급전선로와 마이크로스트립 패치간 갭(G)은, 공진 상태를 갖는 마이크로스트립 패치의 길이에 의해 결정되는 것이다. The gap (G) between the feed line and the microstrip patch is determined by the length of the microstrip patch having a resonance state.
본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로; 상기 급전선로 일측에, 상기 급전선로와 갭(G)를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈; 및 상기 유전체 기판의 하면에는 접지면이 형성된다. A capacitively coupled comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention includes a dielectric substrate; a feed line formed on the dielectric substrate in a longitudinal direction; a radiating element array module formed by arranging microstrip patches formed in a vertical direction at regular intervals with the feed line and a gap (G) on one side of the feed line; and a ground plane is formed on a lower surface of the dielectric substrate.
상기 마이크로스트립 패치는, 직사각형의 동일한 폭을 가지는 것이 바람직하다. The microstrip patch preferably has the same width as a rectangle.
상기 방사 소자 배열 모듈에 형성된 상기 마이크로스트립 패치들의 간격은, 상기 급전선로의 파장(λg) 간격으로 형성된다. An interval between the microstrip patches formed in the radiating element array module is formed at a wavelength (λg) interval of the feed line.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는 상기 급전선로 타측에, 상기 급전선로와 일정 거리를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈을 더 포함할 수 있다. A capacitive coupling comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention is a radiating element formed by arranging microstrip patches formed in a vertical direction at a predetermined distance from the feed line on the other side of the feed line at regular intervals. It may further include an array module.
상기 급전선로 일측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈과 타측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈에 형성되는 마이크로스트립 패치는, 상기 급전선로를 두고 각각 오픈 스터브를 갖도록 형성된 것이다. The microstrip patch formed on the radiating element array module formed on one side of the feed line and the radiating element array module formed on the other side is formed to have an open stub with the feed line positioned therebetween.
상기 방사 소자 배열 모듈에 형성된 상기 마이크로스트립 패치들의 간격은, 상기 급전선로의 반파장(λg/2) 간격으로 형성된다. An interval between the microstrip patches formed in the radiating element array module is formed at a half-wavelength (λg/2) interval of the feed line.
상기 마이크로스트립 패치의 길이는, 상기 급전선로와 상기 마이크로스트립 패치 간 갭(G)을 기준으로 공진 상태를 갖는 길이에 의해 결정된다. The length of the microstrip patch is determined by a length having a resonance state based on the gap (G) between the feed line and the microstrip patch.
상기 방사 소자 배열 모듈이 복수개 병렬 형성될 수 있다. A plurality of radiating element array modules may be formed in parallel.
상기 급전선로와의 상기 마이크로스트립 패치간 갭(G)은 가중치분포에 대응되도록 형성될 수 있다. The gap G between the microstrip patch and the feed line may be formed to correspond to a weight distribution.
그리고, 각 방사 소자인 마이크로스트립 패치에 여기되는 위상(excited phase) 조절을 통해 빔의 방향을 조절할 수 있다. In addition, the direction of the beam can be adjusted by adjusting the phase excited by the microstrip patch, which is each radiating element.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 커패시티브 결합에 의해 여기되는 마이크로스트립 패치의 콤라인 배열 안테나를 제시할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, there is an effect that can present a comb-line array antenna of a microstrip patch excited by capacitive coupling.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 얇고 동일한 폭의 마이크로스트립 패치를 배열하지만 급전선과의 간격을 조절하여 방사컨덕턴스 값을 결정함으로써, 종래 직렬 급전 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 비해 소형의 배열 설계가 가능한 효과가 있다. And according to an embodiment of the present invention, by arranging thin and equal-width microstrip patches, but determining the radiation conductance value by adjusting the distance from the feed line, it is possible to design a smaller array compared to the conventional series-fed microstrip patch array antenna. It works.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마이크로스트립 급전선과 전기적으로 연결되는 종래의 콤라인 마이크로스트립 패치안테나의 경우 방사컨덕턴스는 방사소자인 마이크로스트립 패치의 폭으로 조절할 수밖에 없음에 따라, 낮은 부엽준위를 갖기 위하여 가운데 방사소자가 가장자리 방사소자의 방사컨덕턴스 보다 커야 하므로 폭이 두꺼워져 원하는 부엽준위의 빔 설계가 어렵고, 교차편파 발생의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다. And, according to an embodiment of the present invention, in the case of a conventional comb line microstrip patch antenna electrically connected to a microstrip feed line, the radiation conductance has to be adjusted by the width of the microstrip patch, which is a radiating element, so that the low side lobe level Since the central radiating element must be larger than the radiating conductance of the edge radiating element in order to have a , it is difficult to design a beam with a desired side lobe level because the width is thickened, and there is an effect that can solve the problem of cross polarization.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나의 등가회로도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나의 등가회로,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 조절하여 어디미턴스의 허수부인 서셉턴스(susceptance) 성분이 상쇄되고, 실수부인 컨덕턴스 성분만 남는 공진상태가 될 때의 등가회로.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에서 종래 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 동일한 성능을 구현하기 위해 설계된 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 방사 소자 배열 모듈(230)을 1개를 이용하여 설계한 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 방사 소자 배열 모듈(230)을 4개를 병렬로 결합한 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프.
도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프.
도 12는 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수직면(y-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프.
도 13은 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수평면(x-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프.
도 14는 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수직면(y-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프.
도 15는 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수평면(x-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다. 1 is a view for explaining a capacitively coupled comb line microstrip antenna according to an embodiment of the present invention;
2 is an equivalent circuit diagram of a capacitively coupled comb-line microstrip antenna according to an embodiment of the present invention;
3 is a view for explaining a capacitive coupling comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a capacitively coupled comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention.
5 is an equivalent circuit of a capacitively coupled comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention;
6 is a view showing that the susceptance component, which is the imaginary part of the adimittance, is canceled by adjusting the length of the
7 is a capacitive coupled comb line microstrip patch array antenna designed to implement the same performance as a conventional capacitive coupled comb line microstrip patch array antenna in another embodiment of the present invention.
8 is a 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch designed using one radiating
9 is a 4 x 18 capacitive coupling comb line microstrip patch array antenna in which four radiation
10 is a graph showing a reflection coefficient of a 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a reflection coefficient of a 4 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention.
12 shows the analysis values and measurement values of the radiation pattern of the 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna. graph.
13 shows the analysis and measurement values of the radiation pattern of the 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna, and shows the analysis and measurement values of the radiation pattern for the horizontal plane (xz plane) in the 79 GHz band. graph.
14 shows the analysis values and measurement values of the radiation pattern of the 4 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna. graph.
15 shows the analysis values and measurement values of the radiation pattern of the 4 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna. It is a graph.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Meanwhile, the terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural, unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements mentioned. or addition is not excluded.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나의 등가회로도이다. 1 is a diagram for explaining a capacitive coupling comb line microstrip antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a capacitive coupling comb line microstrip antenna according to an embodiment of the present invention. to be.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나는 유전체 기판(110), 급전선로(120) 및 방사 소자(130)를 포함한다. As shown in FIG. 1 , the capacitively coupled comb-line microstrip antenna according to an embodiment of the present invention includes a
유전체 기판(110)은 일정 유전율(εr)을 갖는 사각 판 형상으로 이루어진다. The
그리고 급전선로(120)는 유전체 기판(110) 상에 길이 방향으로 형성된다. And the
방사 소자(130)는 급전선로(120)로부터 일정 간격의 갭(G)을 두고 수직 방향으로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서의 방사 소자(130)의 방사 컨덕턴스(Gr)는 급전선로(120)와 방사 소자(130)간 갭(G)을 기준으로 공진 상태를 갖는 방사 소자(130)의 길이에 의해 산출된다. Radiating conductance (Gr) of the radiating
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나의 방사 컨덕턴스는 하기의 [수학식 1]을 통해 산출할 수 있다. That is, as shown in FIG. 2, the radiation conductance of the capacitively coupled comb-line microstrip antenna according to an embodiment of the present invention can be calculated through the following [Equation 1].
[수학식 1][Equation 1]
여기서, Gr은 방사 컨덕턴스, G0는 급전선로의 특성 임피던스이며, S21은 입력 포트에서 출력 포트로 넘어가는 파워 값이다. Here, Gr is the radiation conductance, G0 is the characteristic impedance of the feed line, and S 21 is the power value passed from the input port to the output port.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a capacitively coupled comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는, 유전체 기판(210), 급전선로(220), 방사 소자 배열 모듈(230) 및 접지면(240)을 포함한다. As shown in FIG. 3 , the capacitive coupling comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention includes a
유전체 기판(210)은 일정한 값의 유전율(εr)을 갖는 평면 형상으로 이루어진다. The
급전선로(220)는 상기 유전체 기판(210) 상에 길이 방향으로 형성되며, 마이크로스크립 패치(231)와 동일한 재질로 이루어진다. The
방사 소자 배열 모듈(230)은 급전선로(220) 일측에, 상기 급전선로(220)와 갭(G)를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치(231)가 일정 간격으로 배열되어 형성된다. 이때, 상기 마이크로스트립 패치(231)는 형성하고자 하는 방사 컨덕턴스(Gr)에 대응되도록 급전선로(220)로와의 갭(G)을 형성하여 원하는 커패시티브 결합 콤라인 배열 안테나를 설계할 수 있다. 여기서 마이크로스트립 패치(231)는 급전선로(220)와 직접 연결되지 않고, 갭(gap)을 두고 배치함으로써 급전선로(220)로부터 커패시티브 결합을 통하여 공진하도록 하는 것으로, 직사각형의 동일한 폭을 가지는 것이 바람직하다. The radiating
그리고, 상기 방사 소자 배열 모듈(230)에 형성된 마이크로스트립 패치(231)들의 간격은 급전선로(220)의 파장(λg) 간격으로 형성된 것이 바람직하다. In addition, the distance between the
그리고, 상기 마이크로스트립 패치(231)는 갭(G) 길이를 기준으로 공진 상태를 갖는 마이크로스트립 패치(231)의 길이로 형성되는 것이 바람직하다. In addition, the
그리고, 접지면(240)은 유전체 기판(210)의 하면에 형성된다. In addition, the
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 설명하기 위한 도면이다. 4 is a view for explaining a capacitively coupled comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는 본 발명의 다른 실시예의 구성에 더하여, 상기 급전선로(220) 타측에, 상기 급전선로(220)와 일정 거리를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치(231)가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈(230)을 더 포함한다. As shown in Figure 4, the capacitive coupling comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention, in addition to the configuration of another embodiment of the present invention, the
여기서, 상기 급전선로(220) 일측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈(230)과 타측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈(230)에 형성되는 방사 소자(130)간의 간격(d)은 오픈 스터브를 갖도록 형성된 것이 바람직하다. Here, the distance (d) between the radiating
그리고, 상기 방사 소자 배열 모듈(230)에 형성된 상기 방사 소자(130)들의 간격은 상기 급전선로(220)의 반파장(λg/2) 간격으로 형성된 것이 바람직하다.In addition, the distance between the radiating
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 각 방사 소자인 마이크로스트립 패치(231)에 여기되는 위상(excited phase) 조절을 통해 빔의 방향을 조절할 수 있다. 즉, 안테나가 원하는 방향으로 빔을 형성하도록 할 필요가 있을 때에는 각 방사 소자인 마이크로스트립 패치(231)에 여기되는 위상(excited phase)을 조절하여야 하므로 마이크로스트립 패치 간 간격(d)을 변경하여 빔의 방향을 조절할 수도 있다. On the other hand, in another embodiment of the present invention, the direction of the beam can be adjusted by adjusting the phase excited by the
이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나의 경우, 안테나의 입력부분의 급전선로(220)는 칩이나 전송선에 체결하여 안테나에 전력을 인가하기 위해서 칩에 직접 연결하거나 다양한 형태의 전이부(transition)로 변경이 가능하다. 또한 필요에 따라 임피던스 정합을 위하여 λ/4 파장 트랜스포머(quarter wavelength transformer)와 같은 정합회로가 추가될 수도 있다. As such, in the case of the capacitively coupled comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention, the
한편, 급전선로(220)는 마이크로스트립 선로 형태로 구성되고, 유전체 기판(210)의 유전율(εr)에 따라 설계 및 제작의 용이를 위하여 다양한 특성 임피던스(G0)를 가지도록 급전선로(220)의 마이크로스트립선의 폭을 변경하여 구성할 수 있다. On the other hand, the
그리고, 마이크로스트립 패치(231) 방사 소자가 동위상으로 급전되기 위해서 급전선로(220)의 양쪽으로 오픈 스터브간 간격(d)을 마이크로스트립 급전선로(220)의 반파장(λg/2) 간격으로 위치시킨다. Then, in order to feed the
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 종래 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 동일한 성능의 안테나를 설계하기 전에, 배열되는 각 마이크로스트립 패치(231)의 갭(G)을 결정한 후 상기 갭(G)을 기준으로 공진 상태가 되는 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 각각 검출한다. On the other hand, in another embodiment of the present invention, before designing an antenna having the same performance as the conventional comb line microstrip patch array antenna, after determining the gap (G) of each
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나의 등가회로이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 조절하여 어디미턴스의 허수부인 서셉턴스(susceptance) 성분이 상쇄되고, 실수부인 컨덕턴스 성분만 남는 공진상태가 될 때의 등가회로이다. 5 is an equivalent circuit of a capacitively coupled comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a capacitive coupled comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention. This is an equivalent circuit when the length of the
도 5에 에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 겹합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 각각의 마이크로스트립 패치(231)의 어드미턴스(admittance)는 마이크로스트립 급전선로(220)와 마이크로스트립 패치(231) 간의 갭(G)에 의한 기생 커패시턴스(Cg)와 마이크로스트립 패치(231)에 의한 컨덕턴스와 기생 인덕턴스(Lp), 접지면과의 기생 커패시턴스(Cp), 그리고 컨덕턴스(Gp)로 표현될 수 있다. As shown in FIG. 5, in the capacitive junction comb line microstrip array antenna according to another embodiment of the present invention, the admittance of each
여기서 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 조절하여 어드미턴스의 허수부인 서셉턴스(susceptance) 성분이 상쇄되고, 실수부인 컨덕턴스 성분만 남는 공진상태가 되고 이 경우 도 6과 같이 등가회로를 나타낼 수 있다. Here, by adjusting the length of the
따라서, 갭(G)의 길이를 조정해 가면서 각 갭(G)을 기준으로 공진 상태가 발생하는 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 검출함으로써, 본 실시예에서는 [표 1]에서와 같이 갭(G)에 따른 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 검출한다. Therefore, by detecting the length of the
[표 1][Table 1]
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에서 종래 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 동일한 성능을 구현하기 위해 설계된 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나이다. 7 is a capacitively coupled combline microstrip patch array antenna designed to implement the same performance as a conventional capacitive coupled combline microstrip patch array antenna in another embodiment of the present invention.
본 발명의 또 다른 실시예에서의 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나의 성능을 확인하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 종래 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 동일한 개수의 방사소자를 갖도록 설계한다. In order to confirm the performance of the capacitively coupled combline microstrip array antenna in another embodiment of the present invention, in another embodiment of the present invention, in another embodiment of the present invention, the same number of It is designed to have a radiating element.
그리고 동일한 성능을 얻을 수 있도록, [표 1]에서와 같이 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치(1 내지 18)의 갭(Gi)과 마이크로스트립 패치의 길이(Li)를 갖도록 방사 소자 배열 모듈(230)이 설계되었다. And in order to obtain the same performance, the radiating element has a gap (Gi) of the 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patches (1 to 18) and the length (Li) of the microstrip patches as in [Table 1]. The
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 방사 소자 배열 모듈(230)을 1개를 이용하여 설계한 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 방사 소자 배열 모듈(230)을 4개를 병렬로 결합한 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나이다. 8 is a 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch designed using one radiating
이들 4 x 18 배열 안테나와 4 x 18 배열 안테나는 79GHz에서 동작하도록 설계하되, 안테나 배열 방향이 수직방향 빔의 부엽준위가 -20dB 테일러 분포가 되도록 각 마이크로스트립 패치(231)의 방사 컨덕턴스가 가중치 분포(weighting distribution)를 갖도록 설계하였다. These 4 x 18 array antennas and 4 x 18 array antennas are designed to operate at 79 GHz, but the radiation conductance of each
각 소자간의 간격은 마이크로스트립 급전선로(220)의 반파장(λg/2) 이며, 급전선로(220)와의 간격은 가중치분포에 따라 다르다. The distance between each element is a half-wavelength (λg/2) of the
한편, 테일러 분포는 배열의 가운데 부분에서 높은 방사 컨덕턴스를 가지고 양쪽으로 갈수록 방사 컨덕턴스 값이 줄어들기 때문에 급전선로(220)와의 간격(Gi)도 커지도록 설계한다. On the other hand, the Taylor distribution has a high radiation conductance in the middle portion of the array and the radiation conductance value decreases toward both sides, so the distance G i with the
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이고, 도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이다. 10 is a graph showing the reflection coefficient of a 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a 4 x 18 capacitor according to another embodiment of the present invention. It is a graph showing the reflection coefficient of a passive-coupled comb-line microstrip patch array antenna.
이러한 도 10 및 도 11에서와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수의 해석값과 측정값이 유사함을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 10 and 11 , it can be confirmed that the analysis value and the measured value of the reflection coefficient of the capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna according to another embodiment of the present invention are similar.
도 12는 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수직면(y-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다. 12 shows the analysis values and measurement values of the radiation pattern of the 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna. It is a graph.
도 13은 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수평면(x-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다. 13 shows the analysis value and measurement value of the radiation pattern of the 1 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna. It is a graph.
도 14는 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수직면(y-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다. 14 shows the analysis values and measurement values of the radiation pattern of the 4 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna. It is a graph.
도 15는 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수평면(x-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다. 15 shows the analysis values and measurement values of the radiation pattern of the 4 x 18 capacitively coupled comb line microstrip patch array antenna. It is a graph.
1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나 모두, 수직면(y-z면)에서 부엽준위가 -20dB 이하이며, 79GHz에서 모두 안테나 빔이 안테나의 정면을 향함을 확인할 수 있다. Both the 1 x 18 capacitively coupled combline microstrip patch array antenna and the 4 x 18 capacitive coupled combline microstrip patch array antenna have a side lobe level of -20dB or less in the vertical plane (y-z plane), and both antenna beams at 79GHz It can be seen that this antenna is facing the front.
본 실시예에서는 79GHz 대역에 대한 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 예를 들어 설명하고 있으나, 78GHz와 80GHz에서도 동일한 성능을 발휘할 수 있다. Although the present embodiment describes a capacitively coupled comb-line microstrip patch array antenna for the 79 GHz band as an example, the same performance can be exhibited at 78 GHz and 80 GHz.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 커패시티브 결합에 의해 여기되는 마이크로스트립 패치의 콤라인 배열 안테나를 제시할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, there is an effect that can present a comb-line array antenna of a microstrip patch excited by capacitive coupling.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 배열 안테나는 얇고 동일한 폭의 마이크로스트립 패치(231)를 배열하지만 급전선과의 간격을 조절하여 방사컨덕턴스 값을 결정함으로써, 직렬 급전 마이크로스트립 패치 안테나보다 소자간격이 1/2가량이므로 소형의 배열 설계가 가능한 효과가 있다. In addition, the capacitive coupling comb line array antenna according to an embodiment of the present invention arranges a
또한, 마이크로스트립 급전선과 전기적으로 연결되는 종래의 콤라인 마이크로스트립 패치 안테나의 경우 방사소자인 마이크로스트립 패치의 폭으로 방사컨덕턴스를 조절할 수밖에 없음에 따라, 낮은 부엽준위를 갖기 위하여 가운데 방사소자가 가장자리 방사소자의 방사컨덕턴스 보다 커야 하므로 폭이 두꺼워져 원하는 부엽준위의 빔 설계가 어려운 문제점이 있는데 반해, 본 발명은 빔 설계가 용이하고, 교차편파 발생의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다. In addition, in the case of a conventional comb line microstrip patch antenna electrically connected to the microstrip feed line, the radiation conductance must be adjusted by the width of the microstrip patch, which is the radiating element. While there is a problem that it is difficult to design a beam having a desired side lobe level because the width must be larger than the radiation conductance of the device, the present invention has the effect of facilitating the beam design and solving the problem of cross-polarization.
이러한, 본 발명의 또 다른 실시예에서 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는 마이크로스트립 패치(231)와 급전선로(220) 간의 간격으로 방사소자의 방사 컨덕턴스(radiation conductance)를 조절하여 설계함으로써, 원하는 빔을 형성할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the capacitive coupling comb line microstrip array antenna is designed by adjusting the radiation conductance of the radiating element at the interval between the
이 안테나는 급전선로(220)와 방사소자인 마이크로스트립 패치(231)가 전기적으로 연결된 콤라인 안테나의 달리 커패시티브 결합을 통하여 마이크로스트립 패치(231)에 급전하는 방식으로 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나(capacitive coupled comb-line microstrip array antenna)이다. This antenna is a capacitively coupled comb line in such a way that power is fed to the
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.In the above, the configuration of the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, but this is merely an example, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and changes within the scope of the technical spirit of the present invention. Of course, this is possible. Therefore, the protection scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments and should be defined by the description of the following claims.
Claims (12)
상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로; 및
상기 급전선로로부터 일정 간격의 갭을 두고 수직 방향으로 형성되는 마이크로스트립 패치를 패치를 포함하되,
상기 급전선로와의 상기 마이크로스트립 패치간 갭(G)은
가중치분포에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
dielectric substrate;
a feed line formed on the dielectric substrate in a longitudinal direction; and
Including a patch with a microstrip patch formed in a vertical direction with a gap at a predetermined distance from the feed line,
The gap (G) between the microstrip patch and the feed line is
Capacitive coupling comb line microstrip array antenna, characterized in that it is formed to correspond to the weight distribution.
상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로;
상기 급전선로 일측에, 상기 급전선로와 갭(G)를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈; 및
상기 유전체 기판의 하면에는 접지면이 형성되되,
상기 급전선로와의 상기 마이크로스트립 패치간 갭(G)은
가중치분포에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
dielectric substrate;
a feed line formed on the dielectric substrate in a longitudinal direction;
a radiating element array module formed by arranging microstrip patches formed in a vertical direction at regular intervals with the feed line and a gap (G) on one side of the feed line; and
A ground plane is formed on the lower surface of the dielectric substrate,
The gap (G) between the microstrip patch and the feed line is
Capacitive coupling comb line microstrip array antenna, characterized in that it is formed to correspond to the weight distribution.
상기 마이크로스트립 패치는,
직사각형의 동일한 폭을 가지는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
4. The method of claim 3,
The microstrip patch,
A capacitively coupled combline microstrip array antenna having a rectangular equal width.
상기 방사 소자 배열 모듈에 형성된 상기 마이크로스트립 패치들의 간격은,
상기 급전선로의 파장(λg) 간격으로 형성된 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
4. The method of claim 3,
The spacing of the microstrip patches formed in the radiating element array module is,
A capacitively coupled comb line microstrip array antenna formed at intervals of a wavelength (λg) of the feed line.
상기 급전선로 타측에, 상기 급전선로와 일정 거리를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈을 더 포함하는 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
4. The method of claim 3,
Capacitive coupling comb line microstrip array antenna further comprising a radiation element array module formed by arranging microstrip patches formed in a vertical direction at regular intervals at a predetermined distance from the feed line on the other side of the feed line.
상기 급전선로 일측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈과 타측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈에 형성되는 마이크로스트립 패치는,
상기 급전선로를 두고 각각 오픈 스터브를 갖도록 형성된 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
7. The method of claim 6,
The microstrip patch formed on the radiating element array module formed on one side of the feed line and the radiating element array module formed on the other side,
Capacitively coupled comb line microstrip array antenna formed to have an open stub, respectively, with the feed line placed therebetween.
상기 방사 소자 배열 모듈에 형성된 상기 마이크로스트립 패치들의 간격은,
상기 급전선로의 반파장(λg/2) 간격으로 형성된 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
8. The method of claim 7,
The spacing of the microstrip patches formed in the radiating element array module is,
A capacitive coupling comb line microstrip array antenna formed at half-wavelength (λg/2) intervals of the feed line.
상기 마이크로스트립 패치의 길이는,
상기 급전선로와 상기 마이크로스트립 패치 간 갭(G)을 기준으로 공진 상태를 갖는 길이에 의해 결정되는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
9. The method of claim 8,
The length of the microstrip patch is,
Capacitive coupling comb line microstrip array antenna that is determined by the length having a resonance state based on the gap (G) between the feed line and the microstrip patch.
상기 방사 소자 배열 모듈이 복수개 병렬 형성되는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
4. The method of claim 3,
A capacitive coupling comb line microstrip array antenna in which a plurality of radiating element array modules are formed in parallel.
각 방사 소자인 마이크로스트립 패치에 여기되는 위상(excited phase) 조절을 통해 빔의 방향을 조절하는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
The method of claim 1,
A capacitively coupled comb-line microstrip array antenna that adjusts the direction of the beam by adjusting the phase excited by the microstrip patch, which is each radiating element.
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2020
- 2020-11-19 KR KR1020200155416A patent/KR102430247B1/en active IP Right Grant
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Also Published As
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