KR102475578B1 - Patch antenna and communication device with the same - Google Patents

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KR102475578B1
KR102475578B1 KR1020210049527A KR20210049527A KR102475578B1 KR 102475578 B1 KR102475578 B1 KR 102475578B1 KR 1020210049527 A KR1020210049527 A KR 1020210049527A KR 20210049527 A KR20210049527 A KR 20210049527A KR 102475578 B1 KR102475578 B1 KR 102475578B1
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양종렬
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영남대학교 산학협력단
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Abstract

패치 안테나 및 이를 구비하는 통신 기기가 개시된다. 개시되는 일 실시예에 따른 패치 안테나는, 기판, 기판의 일면에 마련되고, 급전 포인트가 마련되는 패치 방사체, 기판의 타면에 마련되는 접지면, 접지면에서 접지면의 일부가 제거되어 마련되는 결함 접지 패턴, 급전 포인트에서 패치 방사체 및 기판을 관통하며 형성되고 기판의 타면에서 급전부와 전기적으로 연결되는 비아홀, 및 접지면 측에 장착되고 비아홀을 통해 패치 방사체에 급전을 수행하는 동축 커넥터를 포함한다. A patch antenna and a communication device having the same are disclosed. A patch antenna according to an embodiment disclosed herein includes a substrate, a patch radiator provided on one surface of the substrate and provided with a power supply point, a ground surface provided on the other surface of the substrate, and a defect provided by removing a part of the ground surface from the ground surface. A ground pattern, a via hole formed through the patch radiator and the board at the power supply point and electrically connected to the power supply unit on the other surface of the board, and a coaxial connector mounted on the ground side and feeding the patch radiator through the via hole. .

Description

패치 안테나 및 이를 구비하는 통신 기기{PATCH ANTENNA AND COMMUNICATION DEVICE WITH THE SAME}Patch antenna and communication device having the same {PATCH ANTENNA AND COMMUNICATION DEVICE WITH THE SAME}

본 발명의 실시예는 패치 안테나와 관련된다. Embodiments of the present invention relate to patch antennas.

결함이 있는 접지 구조(Defected Ground Structure)는 패치 안테나 설계에 적용되고 있으나, 비아 홀을 사용하여 안테나와 RF 프론트 엔드 회로 사이에 상호 연결에 이점을 제공하는 동축 피드를 사용하는 패치 안테나에는 사용되고 있지 않다. 이는 동축 피드 라인 주변 또는 접지면에서 주기적으로 패턴화 된 결함 접지 구조는 동축 피드의 입력 임피던스와 RF 전송 라인의 특성 임피던스에 영향을 미치며, 그로 인해 삽입 손실을 증가시키고 안테나와 모듈 간의 임피던스 매칭을 저하시키기 때문이다. 또한, 동축 피드 라인 근처의 결함 접지 구조는 RF 커넥터의 장착 구조에 의해 가려져 안테나의 성능을 정확하게 측정하기가 어렵게 된다.Defected ground structures are applied in patch antenna designs, but not in patch antennas using coaxial feeds which benefit from interconnection between the antenna and RF front-end circuitry using via holes. . This means that the periodically patterned faulty ground structure around the coaxial feed line or on the ground plane affects the input impedance of the coaxial feed and the characteristic impedance of the RF transmission line, thereby increasing the insertion loss and degrading the impedance matching between the antenna and the module. because it makes In addition, a faulty ground structure near the coaxial feed line is obscured by the mounting structure of the RF connector, making it difficult to accurately measure the performance of the antenna.

한국공개특허공보 제10-2007-0071816호(2007.07.04)Korean Patent Publication No. 10-2007-0071816 (2007.07.04)

본 발명의 실시예는 동축 피드를 사용하면서 결함 접지 패턴을 적용한 패치 안테나 및 이를 구비하는 통신 기기를 제공하기 위한 것이다. An embodiment of the present invention is to provide a patch antenna to which a faulty ground pattern is applied while using a coaxial feed, and a communication device having the same.

개시되는 일 실시예에 따른 패치 안테나는, 기판; 상기 기판의 일면에 마련되고, 급전 포인트가 마련되는 패치 방사체; 상기 기판의 타면에 마련되는 접지면; 상기 접지면에서 상기 접지면의 일부가 제거되어 마련되는 결함 접지 패턴; 상기 급전 포인트에서 상기 패치 방사체 및 상기 기판을 관통하며 형성되고 상기 기판의 타면에서 급전부와 전기적으로 연결되는 비아홀; 및 상기 접지면 측에 장착되고 상기 비아홀을 통해 상기 패치 방사체에 급전을 수행하는 동축 커넥터를 포함한다.A patch antenna according to an embodiment disclosed herein includes a substrate; a patch radiator provided on one surface of the substrate and provided with a power supply point; a ground plane provided on the other surface of the substrate; a defective ground pattern provided by removing a portion of the ground surface from the ground surface; a via hole formed at the power supply point penetrating the patch radiator and the substrate and electrically connected to the power supply unit on the other surface of the substrate; and a coaxial connector mounted on the ground plane and supplying power to the patch radiator through the via hole.

상기 결함 접지 패턴은, 상기 접지면에서 상기 패치 방사체와 대응하는 영역 내에 마련될 수 있다.The defective ground pattern may be provided in a region corresponding to the patch radiator on the ground plane.

상기 결함 접지 패턴은, 상기 급전 포인트를 기준으로 좌우 대칭하여 한 쌍으로 마련될 수 있다.The defective ground patterns may be provided as a pair symmetrically left and right with respect to the power supply point.

상기 결함 접지 패턴은, 상기 패치 방사체의 수평 방향 및 수직 방향을 따라 상기 접지면의 일부가 제거되는 형태로 마련될 수 있다.The defective ground pattern may be provided in a form in which a portion of the ground plane is removed along the horizontal and vertical directions of the patch radiator.

상기 결함 접지 패턴은, 상기 급전 포인트와 기 설정된 간격 이상으로 이격되어 마련되고, 상기 동축 커넥터의 부착 구조에 의해 가려지지 않는 위치에 마련될 수 있다.The faulty ground pattern may be spaced apart from the power supply point by a predetermined distance or more, and may be provided at a position not covered by an attachment structure of the coaxial connector.

상기 결함 접지 패턴은, 상기 패치 방사체의 수평 방향 및 수직 방향을 따라 상기 접지면의 일부가 제거되는 형태로 마련되는 기본 패턴; 및 상기 기본 패턴의 일측에서 연장되어 마련되는 추가 패턴을 포함할 수 있다.The defective ground pattern may include a basic pattern provided in a form in which a portion of the ground plane is removed along the horizontal and vertical directions of the patch radiator; and an additional pattern extending from one side of the basic pattern.

상기 추가 패턴은, 상기 기본 패턴의 일측에서 상기 패치 방사체의 수평 방향 및 수직 방향을 따라 상기 접지면의 일부가 제거되는 형태로 마련될 수 있다.The additional pattern may be provided in a form in which a portion of the ground plane is removed from one side of the basic pattern along the horizontal and vertical directions of the patch radiator.

상기 추가 패턴은, 상기 패치 안테나의 동작 주파수를 기준으로 상기 동작 주파수의 양측에서 각각 공진 주파수를 형성하도록 할 수 있다.The additional pattern may form resonance frequencies at both sides of the operating frequency of the patch antenna based on the operating frequency.

상기 추가 패턴의 수평 길이를 변경하면 상기 동작 주파수 보다 낮은 공진 주파수 대역이 변경되고, 상기 추가 패턴의 수직 길이를 변경하면 상기 동작 주파수 보다 높은 공진 주파수 대역이 변경되도록 마련될 수 있다.A resonant frequency band lower than the operating frequency may be changed when the horizontal length of the additional pattern is changed, and a resonant frequency band higher than the operating frequency may be changed when the vertical length of the additional pattern is changed.

상기 추가 패턴은, 상기 기본 패턴의 크기보다 작은 크기로 마련될 수 있다.The additional pattern may be provided with a size smaller than the size of the basic pattern.

상기 추가 패턴은, 상기 기본 패턴의 모서리 중에서 상기 급전 포인트와 가장 가까운 모서리에서 연장되어 마련될 수 있다. The additional pattern may be provided extending from a corner closest to the feed point among corners of the basic pattern.

개시되는 일 실시예에 따른 통신 기기는, 복수 개의 패치 안테나가 배열되는 안테나 어레이를 포함하는 통신 기기로서, 상기 패치 안테나는, 기판; 상기 기판의 일면에 마련되고, 급전 포인트가 마련되는 패치 방사체; 상기 기판의 타면에 마련되는 접지면; 상기 접지면에서 상기 접지면의 일부가 제거되어 마련되는 결함 접지 패턴; 상기 급전 포인트에서 상기 패치 방사체 및 상기 기판을 관통하며 형성되고 상기 기판의 타면에서 급전부와 전기적으로 연결되는 비아홀; 및 상기 접지면 측에 장착되고 상기 비아홀을 통해 상기 패치 방사체에 급전을 수행하는 동축 커넥터를 포함한다.A communication device according to an embodiment disclosed herein is a communication device including an antenna array in which a plurality of patch antennas are arranged, wherein the patch antenna includes: a substrate; a patch radiator provided on one surface of the substrate and provided with a power supply point; a ground plane provided on the other surface of the substrate; a defective ground pattern provided by removing a portion of the ground surface from the ground surface; a via hole formed at the power supply point penetrating the patch radiator and the substrate and electrically connected to the power supply unit on the other surface of the substrate; and a coaxial connector mounted on the ground plane and supplying power to the patch radiator through the via hole.

개시되는 실시예에 의하면, 동축 피드를 사용하는 패치 안테나에서 결함 접지 패턴을 형성함으로써, 패치 안테나의 크기를 줄여 소형화 할 수 있게 된다. 또한, 결함 접지 패턴을 기본 패턴 및 기본 패턴에서 연장된 추가 패턴을 포함함으로써, 패치 안테나를 소형화 하면서 동작 주파수에서 2개의 공진 주파수를 형성하여 패치 안테나의 대역폭도 넓힐 수 있게 된다.According to the disclosed embodiment, by forming a faulty ground pattern in a patch antenna using a coaxial feed, the patch antenna can be miniaturized by reducing its size. In addition, by including a basic pattern and an additional pattern extending from the basic pattern as the defective grounding pattern, the patch antenna can be miniaturized while forming two resonant frequencies at an operating frequency, thereby widening the bandwidth of the patch antenna.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 피드를 갖는 패치 안테나를 나타낸 평면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 피드를 갖는 패치 안테나를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 결함 접지 패턴의 수평 길이에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 결함 접지 패턴의 수직 길이에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 결함 접지 패턴의 급전 포인트와의 간격에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동축 피드를 갖는 패치 안테나를 나타낸 저면도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동축 피드를 갖는 패치 안테나를 나타낸 사진
도 8은 발명의 다른 실시예에서 추가 패턴의 수평 길이에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프
도 9는 발명의 다른 실시예에서 추가 패턴의 수직 길이에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프1 is a plan view showing a patch antenna having a coaxial feed according to an embodiment of the present invention;
2 is a cross-sectional view showing a patch antenna having a coaxial feed according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a change in resonant frequency according to the horizontal length of a defective grounding pattern in one embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a change in resonant frequency according to a vertical length of a defective ground pattern in an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a change in resonant frequency according to a distance from a feed point of a faulty ground pattern in an embodiment of the present invention.
6 is a bottom view showing a patch antenna having a coaxial feed according to another embodiment of the present invention.
7 is a photograph showing a patch antenna having a coaxial feed according to another embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a change in resonant frequency according to the horizontal length of an additional pattern in another embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a change in resonant frequency according to the vertical length of an additional pattern in another embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The detailed descriptions that follow are provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. Terminology used in the detailed description is only for describing the embodiments of the present invention and should in no way be limiting. Unless expressly used otherwise, singular forms of expression include plural forms. In this description, expressions such as "comprising" or "comprising" are intended to indicate any characteristic, number, step, operation, element, portion or combination thereof, one or more other than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other feature, number, step, operation, element, part or combination thereof.

한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.Meanwhile, directional terms such as upper side, lower side, one side, and the other side are used in relation to the orientation of the disclosed drawings. Since components of embodiments of the present invention may be positioned in a variety of orientations, directional terms are used for purposes of illustration and not limitation.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Also, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 피드를 갖는 패치 안테나를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 피드를 갖는 패치 안테나를 나타낸 단면도이다. 1 is a plan view illustrating a patch antenna having a coaxial feed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a patch antenna having a coaxial feed according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 패치 안테나(100)는 기판(102), 패치 방사체(104), 접지면(106), 및 결함 접지 패턴(108)을 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2 , a patch antenna 100 may include a substrate 102 , a patch radiator 104 , a ground plane 106 , and a defective ground pattern 108 .

기판(102)은 패치 안테나(100)를 지지하는 역할을 할 수 있다. 기판(102)은 유전체로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판(102)은 FR4 기판을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The substrate 102 may serve to support the patch antenna 100 . Substrate 102 may be made of a dielectric. For example, the substrate 102 may use an FR4 substrate, but is not limited thereto.

패치 방사체(104)는 기판(102)의 일면에 마련될 수 있다. 패치 방사체(104)는 급전을 통해 전파를 방사하는 역할을 한다. 패치 방사체(104)는 도체로 이루어질 수 있다. 패치 방사체(104)는 기판(102)의 일면에서 기판(102) 보다 작은 면적으로 마련될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 패치 방사체(104)는 사각 형상으로 마련될 수 있으나, 그 형상이 이에 한정되는 것은 아니다. The patch radiator 104 may be provided on one surface of the substrate 102 . The patch emitter 104 serves to radiate radio waves through power supply. The patch radiator 104 may be made of a conductor. The patch radiator 104 may be provided on one surface of the substrate 102 with a smaller area than the substrate 102 . In an exemplary embodiment, the patch radiator 104 may be provided in a rectangular shape, but the shape is not limited thereto.

패치 방사체(104)에는 급전 포인트(P)가 마련될 수 있다. 급전 포인트(P)는 패치 방사체(104) 및 기판(102)을 관통하며 형성되는 비아홀(via-hole)(111)을 포함할 수 있다. 비아홀(111)은 기판(102)의 타면에서 급전부(115)와 전기적으로 연결될 수 있다. 급전부(115)는 기판(102)의 타면에서 접지면(106)과 이격하여 마련될 수 있다. A power supply point P may be provided in the patch radiator 104 . The power supply point P may include a via-hole 111 formed penetrating the patch radiator 104 and the substrate 102 . The via hole 111 may be electrically connected to the power supply unit 115 on the other surface of the substrate 102 . The power supply unit 115 may be provided on the other surface of the substrate 102 and spaced apart from the ground surface 106 .

급전 포인트(P)는 동축 커넥터(113)가 연결되어 동축 급전(coaxial feed)이 이루어지는 부분이다. 동축 커넥터(113)는 접지면(106) 측에 장착되고 비아홀(111)을 통해 패치 방사체(104)에 급전 전류를 공급할 수 있다. 이때, 동축 커넥터(113)의 신호선은 급전부(115)와 전기적으로 연결되고, 동축 커넥터(113)의 접지선은 접지면(106)과 전기적으로 연결될 수 있다. The feed point P is a portion where the coaxial connector 113 is connected and a coaxial feed is made. The coaxial connector 113 may be mounted on the side of the ground plane 106 and supply current to the patch radiator 104 through the via hole 111 . In this case, the signal line of the coaxial connector 113 may be electrically connected to the power supply unit 115 and the ground line of the coaxial connector 113 may be electrically connected to the ground plane 106 .

접지면(106)은 기판(102)의 타면(패치 방사체(104)가 형성된 면과 반대되는 면)에 마련될 수 있다. 접지면(106)은 기판(102)의 타면에서 기판(102)과 대응하는 면적으로 마련될 수 있다. 접지면(106)은 도체로 이루어질 수 있다. The ground plane 106 may be provided on the other surface of the substrate 102 (a surface opposite to the surface on which the patch radiator 104 is formed). The ground plane 106 may be provided with an area corresponding to that of the substrate 102 on the other surface of the substrate 102 . The ground plane 106 may be made of a conductor.

결함 접지 패턴(108)은 접지면(106)에 형성될 수 있다. 결함 접지 패턴(108)은 접지면(106)의 일부가 제거되어 마련될 수 있다. 결함 접지 패턴(108)은 급전 포인트(P)를 기준으로 좌우 대칭하는 한 쌍으로 마련될 수 있다. 결함 접지 패턴(108)은 급전 포인트(P)에서 기 설정된 간격 이상으로 이격되어 마련될 수 있다. A defective ground pattern 108 may be formed on the ground plane 106 . The defective ground pattern 108 may be provided by removing a portion of the ground surface 106 . The defective ground patterns 108 may be provided as a pair symmetrically left and right with respect to the power supply point P. The faulty ground pattern 108 may be provided at a distance greater than a preset interval from the power supply point P.

예시적인 실시예에서, 결함 접지 패턴(108)은 사각 형상으로 마련될 수 있다. 그리고, 결함 접지 패턴(108)은 접지면(106)에서 패치 방사체(104)의 영역 내에 마련될 수 있다. 즉, 결함 접지 패턴(108)은 접지면(106)에서 패치 방사체(104)의 길이(수평 방향) 및 너비(수직 방향)를 따라 접지면(106)의 일부가 제거되는 형태로 마련될 수 있다. 또한, 결함 접지 패턴(108)은 동축 커넥터(113)의 장착 구조에 의해 가려지지 않는 위치에 마련될 수 있다. In an exemplary embodiment, the defective ground pattern 108 may be provided in a rectangular shape. And, the faulty ground pattern 108 may be provided in the area of the patch radiator 104 in the ground plane 106 . That is, the defective ground pattern 108 may be provided in a form in which a portion of the ground plane 106 is removed along the length (horizontal direction) and width (vertical direction) of the patch radiator 104 from the ground plane 106. . Also, the defective ground pattern 108 may be provided at a position not covered by the mounting structure of the coaxial connector 113 .

이와 같이, 접지면(106)에 결함 접지 패턴(108)을 형성하면, 패치 방사체(104)의 전자기장 분포를 변형하여 패치 방사체(104)의 전기적 길이를 변경할 수 있게 된다. 그로 인해, 패치 방사체(104)의 공진 주파수를 변경할 수 있으며 패치 안테나(100)의 크기를 줄일 수 있게 된다. In this way, when the faulty ground pattern 108 is formed on the ground plane 106, the electrical length of the patch radiator 104 can be changed by modifying the electromagnetic field distribution of the patch radiator 104. As a result, the resonant frequency of the patch radiator 104 can be changed and the size of the patch antenna 100 can be reduced.

즉, 결함 접지 패턴(108)이 없는 경우, 패치 방사체(104)의 공진 주파수는 패치 방사체(104)의 전기적 길이에 의해 결정되게 된다. 그리고, 패치 방사체(104)의 전자기파는 접지와 고르게 분포된다. 그런데, 결함 접지 패턴(108)을 형성하게 되면, 패치 방사체(104)의 전자기파 분포가 변형되면서 패치 방사체(104)의 전기적 길이가 변경되게 된다. 이러한 전자기파 분포의 변화로 인해 패치 안테나(100)의 물리적 치수를 줄일 수 있게 된다.That is, when there is no defective ground pattern 108, the resonance frequency of the patch radiator 104 is determined by the electrical length of the patch radiator 104. Also, the electromagnetic waves of the patch emitter 104 are evenly distributed with respect to the ground. However, when the defective ground pattern 108 is formed, the distribution of electromagnetic waves of the patch radiator 104 is changed, and the electrical length of the patch radiator 104 is changed. Due to such a change in electromagnetic wave distribution, the physical dimensions of the patch antenna 100 can be reduced.

여기서, 결함 접지 패턴(108)의 수평 길이(α), 수직 길이(β), 및 급전 포인트(P)와의 간격(γ)을 조절하여 패치 안테나(100)의 공진 주파수를 조절할 수 있다. 이에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다. 여기서, 결함 접지 패턴(108)의 초기 치수는 5.8GHz의 공진 주파수를 위해 수평 길이(α)는 3.1mm, 수직 길이(β)는 5.6mm, 및 급전 포인트(P)와의 간격(γ)은 4.1mm로 설정하였다.Here, the resonance frequency of the patch antenna 100 can be adjusted by adjusting the horizontal length (α), the vertical length (β) of the defective ground pattern 108, and the distance (γ) from the feed point (P). This will be reviewed with reference to FIGS. 3 to 5 . Here, the initial dimensions of the defective ground pattern 108 are 3.1 mm in horizontal length (α), 5.6 mm in vertical length (β), and 4.1 mm in distance (γ) from the feed point (P) for a resonance frequency of 5.8 GHz. set to mm.

도 3은 본 발명의 일 실시예에서 결함 접지 패턴(108)의 수평 길이(α)에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 결함 접지 패턴(108)의 수평 길이(α)가 2.7mm에서 3.5mm로 점차 늘어날수록 패치 안테나(100)의 공진 주파수는 점차 낮아지는 것을 볼 수 있다. 3 is a graph showing a change in resonant frequency according to a horizontal length α of a defective ground pattern 108 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 , it can be seen that the resonant frequency of the patch antenna 100 gradually decreases as the horizontal length α of the defective ground pattern 108 gradually increases from 2.7 mm to 3.5 mm.

도 4는 본 발명의 일 실시예에서 결함 접지 패턴(108)의 수직 길이(β)에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 결함 접지 패턴(108)의 수직 길이(β)가 3.6mm에서 5.6mm로 늘어날수록 패치 안테나(100)의 공진 주파수가 낮아지다가 결함 접지 패턴(108)의 수직 길이(β)가 5.6mm 이상이 되면 특정 주파수 대역에 수렴하는 것을 볼 수 있다. 4 is a graph showing a change in resonant frequency according to a vertical length β of a defective ground pattern 108 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, as the vertical length β of the defective ground pattern 108 increases from 3.6 mm to 5.6 mm, the resonant frequency of the patch antenna 100 decreases, and then the vertical length β of the defective ground pattern 108 increases. It can be seen that convergence to a specific frequency band when is greater than 5.6 mm.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 결함 접지 패턴(108)의 급전 포인트(P)와의 간격(γ)에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 급전 포인트(P)와의 간격(γ)은 패치 안테나(100)의 공진 주파수에 크게 영향을 미치지 않는 것을 볼 수 있다. 즉, 급전 포인트(P)와의 간격(γ)이 일정 거리(예를 들어, 3.7mm) 이상이 되기만 하면, 패치 안테나(100)의 공진 주파수에 크게 영향을 미치지 않게 된다.5 is a graph showing a change in resonant frequency according to a distance γ from a power supply point P of a defective ground pattern 108 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5 , it can be seen that the distance γ from the power supply point P does not significantly affect the resonant frequency of the patch antenna 100 . That is, as long as the distance γ from the power feeding point P is equal to or greater than a certain distance (eg, 3.7 mm), the resonant frequency of the patch antenna 100 is not significantly affected.

여기서, 결함 접지 패턴(108)의 급전 포인트(P)와의 간격(γ)이 기 설정된 거리 이상 이격됨에 따라, 패치 안테나(100)의 공진 주파수에 크게 영향을 미치지 않으면서 동축 커넥터(미도시)의 부착 구조에 의해 가려지지 않는 위치에 위치할 수 있게 된다. Here, as the distance γ from the power supply point P of the defective ground pattern 108 is more than a predetermined distance, the resonant frequency of the patch antenna 100 is not greatly affected and the coaxial connector (not shown) It can be located in a position not covered by the attachment structure.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 결함 접지 패턴(108)에 의한 공진 주파수의 편차는 약 0.5GHz인 것을 볼 수 있다. 이 경우, 5.8GHz 패치 안테나(100)의 패치 길이는 결함 접지 패턴(108)을 사용하여 약 0.48mm까지 줄일 수 있으며, 그로 인해 패치 안테나(100)를 좀더 소형화 할 수 있게 된다.Referring to FIGS. 3 to 5 , it can be seen that the deviation of the resonant frequency due to the defective ground pattern 108 is about 0.5 GHz. In this case, the patch length of the 5.8 GHz patch antenna 100 can be reduced to about 0.48 mm by using the defective ground pattern 108, and thus the patch antenna 100 can be further miniaturized.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동축 피드를 갖는 패치 안테나를 나타낸 저면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 동축 피드를 갖는 패치 안테나를 나타낸 사진이다. 여기서는, 도 1에 도시된 실시예와 차이가 나는 부분을 중점적으로 설명하기로 한다.6 is a bottom view illustrating a patch antenna having a coaxial feed according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a photograph showing a patch antenna having a coaxial feed according to another embodiment of the present invention. Here, the difference from the embodiment shown in FIG. 1 will be mainly described.

도 6 및 도 7을 참조하면, 결함 접지 패턴(108)은 기본 패턴(108-1) 및 추가 패턴(108-2)을 포함할 수 있다. 기본 패턴(108-1)은 도 1에 도시된 바와 같은 형태로 마련될 수 있다. 추가 패턴(108-2)은 기본 패턴(108-1)에서 연장되어 마련될 수 있다. 추가 패턴(108-2)은 기본 패턴(108-1)의 일 모서리에 연장되어 마련될 수 있다. Referring to FIGS. 6 and 7 , a defective ground pattern 108 may include a basic pattern 108-1 and an additional pattern 108-2. The basic pattern 108-1 may be prepared in the form shown in FIG. 1 . The additional pattern 108-2 may be provided extending from the basic pattern 108-1. The additional pattern 108-2 may be provided by extending one corner of the basic pattern 108-1.

추가 패턴(108-2)은 기본 패턴(108-1) 보다 작은 크기로 마련될 수 있다. 추가 패턴(108-2)은 패치 방사체(104)의 영역 내에 마련될 수 있다. 추가 패턴(108-2)은 사각 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 추가 패턴(108-2)은 수평 길이 및 수직 길이를 갖는 사각 형상으로 마련될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 추가 패턴(108-2)은 기본 패턴(108-1)의 모서리 중에서 급전 포인트(P)와 가장 가까운 모서리에 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 추가 패턴(108-2)은 동축 커넥터(113)의 장착 구조(113a)가 가려지지 않는 위치에 마련될 수 있다.The additional pattern 108-2 may be provided in a smaller size than the basic pattern 108-1. An additional pattern 108 - 2 may be provided in the area of the patch radiator 104 . The additional pattern 108-2 may be provided in a square shape. That is, the additional pattern 108-2 may be provided in a rectangular shape having a horizontal length and a vertical length. In an exemplary embodiment, the additional pattern 108-2 may be provided at a corner closest to the feed point P among corners of the basic pattern 108-1, but is not limited thereto. In addition, the additional pattern 108-2 may be provided at a position where the mounting structure 113a of the coaxial connector 113 is not covered.

여기서, 기본 패턴(108-1) 이외에 추가 패턴(108-2)을 형성하게 되면, 패치 안테나(100)의 동작 주파수의 양쪽에서 두 개의 공진 주파수를 형성하여 전체 안테나 대역폭을 넓힐 수 있게 된다. 이때, 추가 패턴(108-2)의 수평 길이 및 수직 길이를 변경하여 두 개의 공진 주파수를 조절할 수 있게 된다. Here, when the additional pattern 108-2 is formed in addition to the basic pattern 108-1, two resonant frequencies are formed at both sides of the operating frequency of the patch antenna 100, thereby widening the overall antenna bandwidth. At this time, the two resonant frequencies can be adjusted by changing the horizontal length and the vertical length of the additional pattern 108-2.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에서 추가 패턴의 수평 길이(δ)에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에서 추가 패턴의 수직 길이(θ)에 따른 공진 주파수의 변화를 나타낸 그래프이다. 8 is a graph showing a change in resonance frequency according to the horizontal length (δ) of an additional pattern in another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a resonance according to the vertical length (θ) of an additional pattern in another embodiment of the present invention. It is a graph showing the change in frequency.

도 8 및 도 9를 참조하면, 동작 주파수인 5.8GHz의 양측에서 두 개의 공진 주파수가 형성되는 것을 볼 수 있다. 이는 기본 패턴(108-1) 및 추가 패턴(108-2)을 포함하는 결함 접지 패턴(108)을 형성함으로써, 패치 안테나(100)에서 전류 흐름이 변하여 공진 주파수 및 공진 특성이 변하여 생기게 된 결과이다. 추가 패턴(108-2)의 수평 길이(δ)를 변경하면 동작 주파수에서 낮은 공진 주파수 대역이 주로 변경되고, 추가 패턴(108-2)의 수직 길이(θ)를 변경하면 동작 주파수에서 높은 공진 주파수 대역이 주로 변경되는 것을 볼 수 있다. Referring to FIGS. 8 and 9 , it can be seen that two resonant frequencies are formed on both sides of an operating frequency of 5.8 GHz. This is the result of changing the resonance frequency and resonance characteristics due to the change in current flow in the patch antenna 100 by forming the defective ground pattern 108 including the basic pattern 108-1 and the additional pattern 108-2. . Changing the horizontal length δ of the additional pattern 108-2 mainly changes the low resonant frequency band at the operating frequency, and changing the vertical length θ of the additional pattern 108-2 changes the high resonant frequency at the operating frequency. It can be seen that the band changes mainly.

한편, 결함 접지 패턴(108)이 형성된 패치 안테나(100)는 독자적인 안테나로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 패치 안테나(100)를 복수 개 배열하여 안테나 어레이 형태로 사용할 수도 있다. 예를 들어, 위상 배열 시스템을 위한 평면형 안테나 배열을 구성하는 단위 안테나로 패치 안테나(100)를 이용할 수 있다. Meanwhile, the patch antenna 100 on which the defective ground pattern 108 is formed may be used as an independent antenna, but is not limited thereto, and a plurality of patch antennas 100 may be arranged and used in the form of an antenna array. For example, the patch antenna 100 may be used as a unit antenna constituting a planar antenna array for a phased array system.

개시되는 실시예에 의하면, 동축 피드를 사용하는 패치 안테나에서 결함 접지 패턴을 형성함으로써, 패치 안테나의 크기를 줄여 소형화 할 수 있게 된다. 또한, 결함 접지 패턴을 기본 패턴 및 기본 패턴에서 연장된 추가 패턴을 포함함으로써, 패치 안테나를 소형화 하면서 동작 주파수에서 2개의 공진 주파수를 형성하여 패치 안테나의 대역폭도 넓힐 수 있게 된다.According to the disclosed embodiment, by forming a faulty ground pattern in a patch antenna using a coaxial feed, the patch antenna can be miniaturized by reducing its size. In addition, by including a basic pattern and an additional pattern extending from the basic pattern as the defective grounding pattern, the patch antenna can be miniaturized while forming two resonant frequencies at an operating frequency, thereby widening the bandwidth of the patch antenna.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although representative embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications are possible to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.

100 : 패치 안테나
102 : 기판
104 : 패치 방사체
106 : 접지면
108 : 결함 접지 패턴
108-1 : 기본 패턴
108-2 : 추가 패턴
111 : 비아홀
113 : 동축 커넥터
115 : 급전부100: patch antenna
102: substrate
104: patch emitter
106: ground plane
108 Fault ground pattern
108-1: basic pattern
108-2: Additional patterns
111: via hole
113: coaxial connector
115: power supply

Claims (13)

기판;
상기 기판의 일면에 마련되고, 급전 포인트가 마련되는 패치 방사체;
상기 기판의 타면에 마련되는 접지면;
상기 접지면에서 상기 접지면의 일부가 제거되어 마련되는 결함 접지 패턴;
상기 급전 포인트에서 상기 패치 방사체 및 상기 기판을 관통하며 형성되고 상기 기판의 타면에서 급전부와 전기적으로 연결되는 비아홀; 및
상기 접지면 측에 장착되고 상기 비아홀을 통해 상기 패치 방사체에 급전을 수행하는 동축 커넥터를 포함하고,
상기 결함 접지 패턴은,
상기 패치 방사체의 수평 방향 및 수직 방향을 따라 상기 접지면의 일부가 제거되는 형태로 마련되는 기본 패턴; 및
상기 기본 패턴의 일측에서 연장되어 마련되는 추가 패턴을 포함하는, 패치 안테나.
Board;
a patch radiator provided on one surface of the substrate and provided with a power supply point;
a ground plane provided on the other surface of the substrate;
a defective ground pattern provided by removing a portion of the ground surface from the ground surface;
a via hole formed at the power supply point penetrating the patch radiator and the substrate and electrically connected to the power supply unit on the other surface of the substrate; and
A coaxial connector mounted on the ground plane and supplying power to the patch radiator through the via hole;
The faulty grounding pattern,
a basic pattern provided in a form in which a portion of the ground plane is removed along the horizontal and vertical directions of the patch radiator; and
A patch antenna comprising an additional pattern extending from one side of the basic pattern.
 청구항 1에 있어서,
상기 결함 접지 패턴은,
상기 접지면에서 상기 패치 방사체와 대응하는 영역 내에 마련되는, 패치 안테나.
The method of claim 1,
The faulty grounding pattern,
A patch antenna provided in a region corresponding to the patch radiator in the ground plane.
 청구항 2에 있어서,
상기 결함 접지 패턴은,
상기 급전 포인트를 기준으로 좌우 대칭하여 한 쌍으로 마련되는, 패치 안테나.
The method of claim 2,
The faulty grounding pattern,
Patch antennas provided as a pair symmetrically left and right with respect to the feed point.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 결함 접지 패턴은,
상기 급전 포인트와 기 설정된 간격 이상으로 이격되어 마련되고, 상기 동축 커넥터의 부착 구조에 의해 가려지지 않는 위치에 마련되는, 패치 안테나.
The method of claim 1,
The faulty grounding pattern,
A patch antenna provided at a position spaced apart from the power supply point by a predetermined distance or more and not covered by the attachment structure of the coaxial connector.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 추가 패턴은,
상기 기본 패턴의 일측에서 상기 패치 방사체의 수평 방향 및 수직 방향을 따라 상기 접지면의 일부가 제거되는 형태로 마련되는, 패치 안테나.
The method of claim 1,
The additional pattern is
A patch antenna provided in a form in which a portion of the ground plane is removed from one side of the basic pattern along the horizontal and vertical directions of the patch radiator.
 청구항 7에 있어서,
상기 추가 패턴은,
상기 패치 안테나의 동작 주파수를 기준으로 상기 동작 주파수의 양측에서 각각 공진 주파수를 형성하도록 하는, 패치 안테나.
The method of claim 7,
The additional pattern is
Based on the operating frequency of the patch antenna, resonant frequencies are formed on both sides of the operating frequency.
 청구항 8에 있어서,
상기 추가 패턴의 수평 길이를 변경하면 상기 동작 주파수 보다 낮은 공진 주파수 대역이 변경되고, 상기 추가 패턴의 수직 길이를 변경하면 상기 동작 주파수 보다 높은 공진 주파수 대역이 변경되도록 마련되는, 패치 안테나.
The method of claim 8,
The patch antenna, wherein a resonant frequency band lower than the operating frequency is changed when the horizontal length of the additional pattern is changed, and a resonant frequency band higher than the operating frequency is changed when the vertical length of the additional pattern is changed.
 청구항 1에 있어서,
상기 추가 패턴은,
상기 기본 패턴의 크기보다 작은 크기로 마련되는, 패치 안테나.
The method of claim 1,
The additional pattern is
A patch antenna provided with a size smaller than the size of the basic pattern.
 청구항 10에 있어서,
상기 추가 패턴은,
상기 기본 패턴의 모서리 중에서 상기 급전 포인트와 가장 가까운 모서리에서 연장되어 마련되는, 패치 안테나.
The method of claim 10,
The additional pattern is
A patch antenna extending from a corner closest to the feed point among corners of the basic pattern.
 청구항 1 내지 청구항 3, 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 하나의 항에 기재된 패치 안테나를 구비하는 통신 기기.
A communication device comprising the patch antenna according to any one of claims 1 to 3, 5, and 7 to 11.
 복수 개의 패치 안테나가 배열되는 안테나 어레이를 포함하는 통신 기기로서,
상기 패치 안테나는,
기판;
상기 기판의 일면에 마련되고, 급전 포인트가 마련되는 패치 방사체;
상기 기판의 타면에 마련되는 접지면;
상기 접지면에서 상기 접지면의 일부가 제거되어 마련되는 결함 접지 패턴;
상기 급전 포인트에서 상기 패치 방사체 및 상기 기판을 관통하며 형성되고 상기 기판의 타면에서 급전부와 전기적으로 연결되는 비아홀; 및
상기 접지면 측에 장착되고 상기 비아홀을 통해 상기 패치 방사체에 급전을 수행하는 동축 커넥터를 포함하고,
상기 결함 접지 패턴은,
상기 패치 방사체의 수평 방향 및 수직 방향을 따라 상기 접지면의 일부가 제거되는 형태로 마련되는 기본 패턴; 및
상기 기본 패턴의 일측에서 연장되어 마련되는 추가 패턴을 포함하는, 통신 기기.
A communication device including an antenna array in which a plurality of patch antennas are arranged,
The patch antenna,
Board;
a patch radiator provided on one surface of the substrate and provided with a power supply point;
a ground plane provided on the other surface of the substrate;
a defective ground pattern provided by removing a portion of the ground surface from the ground surface;
a via hole formed at the power supply point penetrating the patch radiator and the substrate and electrically connected to the power supply unit on the other surface of the substrate; and
A coaxial connector mounted on the ground plane and supplying power to the patch radiator through the via hole;
The faulty grounding pattern,
a basic pattern provided in a form in which a portion of the ground plane is removed along the horizontal and vertical directions of the patch radiator; and
A communication device comprising an additional pattern extending from one side of the basic pattern.
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