KR19990027314A - Microstrip Dipole Antenna Array - Google Patents
Microstrip Dipole Antenna Array Download PDFInfo
- Publication number
- KR19990027314A KR19990027314A KR1019970049751A KR19970049751A KR19990027314A KR 19990027314 A KR19990027314 A KR 19990027314A KR 1019970049751 A KR1019970049751 A KR 1019970049751A KR 19970049751 A KR19970049751 A KR 19970049751A KR 19990027314 A KR19990027314 A KR 19990027314A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- microstrip
- dipole
- substrate
- antenna array
- dipole antenna
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/06—Details
- H01Q9/065—Microstrip dipole antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/10—Resonant slot antennas
- H01Q13/106—Microstrip slot antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
- H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
Abstract
본 발명은 마이크로스트립(microstrip) 다이폴(dipole) 안테나 어레이(array)를 개시한다. 본 발명에 따른 인쇄회로 기판을 이용하여 급전망과 다이폴로 형성된 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이는, 상기 인쇄회로 기판의 상, 하면에 동일하게 식각되어 형성된 에어스트립 급전선; 상기 에어스트립 급전선이 식각된 부분을 갖는 상기 기판에 한하여 소정의 거리로 이격되어 상하로 평행하게 설치된 상, 하부 접지판; 상기 기판의 제일면과 동일 평면상에 있는 상기 급전선이 연장되어 형성된 마이크로스트립라인과, 상기 마이크로스트립라인과 동일 축상의 다른 면에 형성된 접지스트립으로 형성된 발룬에 의해 형성된 다이폴축; 상기 기판을 지지하며, 상기 상, 하부 접지판과 상기 급전선이 식각된 기판과의 사이 공간을 밀폐시키는 밀폐수단; 및 상기 다이폴축에 접속되고 상기 기판의 다른 면에 식각되어 형성된 다이폴을 포함함이 바람직하다.The present invention discloses a microstrip dipole antenna array. The microstrip dipole antenna array formed of a feed network and a dipole using a printed circuit board according to the present invention includes: an air strip feed line formed by etching the same on the upper and lower surfaces of the printed circuit board; Upper and lower ground plates spaced apart at a predetermined distance from the substrate having the portion where the air strip feed line is etched and installed in parallel with each other; A dipole shaft formed by a microstrip line formed by extending the feed line on the same plane as the first surface of the substrate, and a balun formed by a ground strip formed on another surface on the same axis as the microstrip line; Sealing means for supporting the substrate and sealing a space between the upper and lower ground plates and the substrate on which the feed line is etched; And a dipole connected to the dipole axis and etched on the other surface of the substrate.
본 발명에 의하면, 생산성이 높고, 제작비가 저렴하며 입력손실이 낮고, 광대역에서 동작하는 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이를 제공한다.According to the present invention, there is provided a microstrip dipole antenna array having high productivity, low manufacturing cost, low input loss, and operating in a wide band.
Description
본 발명은 다이폴(dipole) 안테나 어레이(array)에 관한 것으로서, 특히 낮은 입력손실로서 광대역의 신호를 송수신할 수 있는 마이크로스트립(microstrip) 다이폴 안테나 어레이에 관한 것이다.The present invention relates to a dipole antenna array, and more particularly to a microstrip dipole antenna array capable of transmitting and receiving wideband signals with low input loss.
일반적으로 저손실, 경량 및 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 다이폴 안테나는 UHF 극초단파대와 마이크로웨이브 대역에서 운용되는 탐지레이더, 셀룰러폰 기지국 또는 위성통신 등의 분야에 널리 사용되고 있다.In general, microstrip dipole antennas having low loss, light weight, and wideband characteristics are widely used in UHF microwave and microwave band detection radars, cellular phone base stations, or satellite communications.
미국 특허번호 4,287,518에서 기술된 종래의 마이크로스트립 다이폴 안테나는 인쇄회로 기술을 사용하여 마이크로스트립 다이폴과 스트립라인 급전선을 구성한다. 도 1에서, 다이폴(16)은 급전선망(12)과 수직으로 설치되어 있으며 각각 납땜으로 접속되며, 다이폴(16)과 급전선망(12)을 형성하기 위해 복수의 인쇄회로기판인 유전체판이 사용된다. 슬롯(17)을 가진 발룬(balun)이 마이크로스트립 다이폴에 사용되었다. 각각의 유전체판(13, 14)은 마이크로스트립 라인으로서 임피던스 매칭 디바이스(19)로 작용하는 급전선(15)에 의해 유전체판의 반대편으로부터 각각 급전되는 인쇄된 다이폴들(16)을 여기한다.Conventional microstrip dipole antennas described in US Pat. No. 4,287,518 use printed circuit technology to construct microstrip dipoles and stripline feed lines. In Fig. 1, the dipoles 16 are installed perpendicular to the feeder net 12 and are each connected by soldering, and a plurality of printed circuit board dielectric plates are used to form the dipole 16 and the feeder net 12. . Baluns with slots 17 were used for the microstrip dipoles. Each dielectric plate 13, 14 excites printed dipoles 16 which are each fed from the opposite side of the dielectric plate by a feed line 15 which acts as an impedance matching device 19 as a microstrip line.
캐비티(11) 내부에 있는 두 개의 상호 직교되는 유전체판(13, 14)은 캐비티개구면(open face)에 수직이며, 각각 대각선으로 장착된다. 각 유전체판은 임피던스 매칭 디바이스(19)로 작용하고 언밸런스트(unbalanced) 스트립라인 외부급전으로부터 접속된 발룬(balun)으로 작용하는 인쇄된 급전선 루프(15)에 의해 유전판의 반대면으로부터 각각 공급된 두 개의 인쇄된 다이폴(16)을 여기한다.The two mutually orthogonal dielectric plates 13 and 14 inside the cavity 11 are perpendicular to the cavity open face, and are mounted diagonally, respectively. Each dielectric plate is respectively supplied from the opposite side of the dielectric plate by a printed feedline loop 15 which acts as an impedance matching device 19 and acts as a balun connected from an unbalanced stripline external feed. Two printed dipoles 16 are excited.
이러한 안테나의 구조는 다수개의 인쇄회로 기판이 사용되고 스트립라인 급전망과 다이폴을 구성하는 마이크로스트립 라인과의 수직 연결부분에 많은 납땜작업이 요구되고 생산공정이 다소 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 다이폴을 여기하기 위하여 종단 개방형(open ended) 마이크로스트립 루프를 사용하기 때문에 높은 크로스 편광파(cross polarization)가 약 -15dB 발생하며, 각 기판의 유전체와 다이폴과 수직결합부에서 쉽게 발생할 수 있는 도파관모드의 기생파에 의한 손실이 발생하여, 주파수 대역이 제한 되기 때문에, 이와 같은 수직결합은 4GHz 이상의 주파수 대역에서 바람직하지 못하였다.The structure of such an antenna has a problem in that a plurality of printed circuit boards are used, a lot of soldering work is required at a vertical connection portion between a stripline feeder network and a microstrip line constituting a dipole, and the production process is somewhat complicated, resulting in a decrease in productivity. In addition, the use of open-ended microstrip loops to excite the dipoles produces about -15 dB of high cross polarization, which can easily occur in the dielectric and dipole and vertical coupling of each substrate. Since the loss due to the parasitic wave in the waveguide mode occurs and the frequency band is limited, such vertical coupling is not preferable in the frequency band of 4 GHz or more.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생산성이 높고, 제작비가 저렴하며 입력손실이 낮으며, 광대역에서 동작하는 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이를 제공하는 데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a microstrip dipole antenna array having high productivity, low manufacturing cost, low input loss, and operating in a wide band.
도 1은 종래의 공진기 부착형 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이를 보이는 도면이다.1 is a view showing a conventional resonator-attached microstrip dipole antenna array.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이의 투시도이다.2 is a perspective view of a microstrip dipole antenna array in accordance with the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 다이폴 안테나 어레이를 보이는 측단면도의 일부이다.3 is a portion of a side cross-sectional view showing the dipole antenna array shown in FIG.
도 4는 도 3에 도시된 다이폴 안테나를 A-A에서 본 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the dipole antenna shown in FIG. 3 seen from A-A.
도 5는 도 3의 도시된 다이폴 안테나를 B-B에서 본 단면도이다.5 is a cross-sectional view of the dipole antenna shown in FIG. 3 seen from B-B.
도 6은 도 2의 다이폴 안테나의 일부를 보이는 하면도이다.FIG. 6 is a bottom view of a part of the dipole antenna of FIG. 2. FIG.
도 7은 도 2의 다이폴 안테나 어레이가 적층되어 있는 실시예를 보인다.FIG. 7 illustrates an embodiment in which the dipole antenna arrays of FIG. 2 are stacked.
도 8은 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 패턴을 보이는 도면이다.8 is a view showing a pattern of a printed circuit board according to the present invention.
도 9는 도 2의 다이폴 안테나의 정재파비를 보이는 그래프이다.FIG. 9 is a graph illustrating standing wave ratios of the dipole antenna of FIG. 2. FIG.
도 10은 도 2에 도시된 다이폴 안테나의 수평빔 패턴을 보이는 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing a horizontal beam pattern of the dipole antenna shown in FIG. 2.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 인쇄회로 기판을 이용하여 급전망과 다이폴로 형성된 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이는, 상기 인쇄회로 기판의 상, 하면에 동일하게 식각되어 형성된 하이-Q라인인 에어스트립 급전선; 상기 에어스트립 급전선이 식각된 부분을 갖는 상기 기판에 한하여 소정의 거리로 이격되어 상하로 평행하게 설치된 상, 하부 접지판; 상기 기판의 제일면과 동일 평면상에 있는 상기 급전선이 연장되어 형성된 마이크로스트립라인과, 상기 마이크로스트립라인과 동일 축상의 다른 면에 형성된 접지스트립으로 형성된 발룬에 의해 형성된 다이폴축; 상기 기판을 지지하며, 상기 상, 하부 접지판과 상기 급전선이 식각된 기판과의 사이 공간을 밀폐시키는 밀폐수단; 및 상기 다이폴축에 접속되고 상기 기판의 다른 면에 식각되어 형성된 다이폴을 포함함이 바람직하다.A microstrip dipole antenna array formed of a feed grid and a dipole using a printed circuit board according to the present invention for achieving the technical problem is a high-Q line formed by etching the same on the upper and lower surfaces of the printed circuit board Strip feeder; Upper and lower ground plates spaced apart at a predetermined distance from the substrate having the portion where the air strip feed line is etched and installed in parallel with each other; A dipole shaft formed by a microstrip line formed by extending the feed line on the same plane as the first surface of the substrate, and a balun formed by a ground strip formed on another surface on the same axis as the microstrip line; Sealing means for supporting the substrate and sealing a space between the upper and lower ground plates and the substrate on which the feed line is etched; And a dipole connected to the dipole axis and etched on the other surface of the substrate.
또한, 상기 다이폴은 일반적인 T 형태이며 끝단은 양쪽으로 벌어진 형상으로 상기 기판에 식각되어 형성됨을 특징으로 한다.In addition, the dipole is a general T-shape and the end is characterized in that formed on the substrate is etched in both sides formed on both sides.
또한, 상기 다이폴축은 상기 기판의 상기 접지스트립이 좌우 대칭 형상을 이루도록 상기 발룬의 중앙에 슬롯이 형성됨을 특징으로 한다.In addition, the dipole axis is characterized in that the slot is formed in the center of the balun so that the ground strip of the substrate symmetrical shape.
또한, 상기 슬롯의 길이는 자유공간 파장보다 1/4배 약간 짧게 형성됨을 특징으로 한다.In addition, the length of the slot is characterized in that it is formed slightly shorter than 1/4 times the wavelength of the free space.
또한, 상기 다이폴축의 상기 발룬의 폭은 상기 마이크로스트립 폭의 길이보다 2배 내지 3배 크게 형성됨을 특징으로 한다.In addition, the width of the balun of the dipole shaft is characterized in that formed two to three times larger than the length of the microstrip width.
또한, 상기 슬롯의 폭은 상기 마이크로스트립의 폭보다 1/4이하임을 특징으로 한다.In addition, the width of the slot is characterized in that less than 1/4 of the width of the microstrip.
또한, 상기 밀폐수단은 체결구를 사용하여, 상기 상부 접지판과 상기 마이크로스트립 라인과 동일평면상에 있는 상기 기판 사이의 공간의 외곽은 유전체막대로 밀폐하고, 상기 하부 접지판과 상기 기판 사이의 공간의 외곽은 도체막대로 밀폐시킴이 바람직하다.In addition, the sealing means using a fastener, the outside of the space between the upper ground plate and the substrate on the same plane of the microstrip line is sealed with a dielectric rod, and between the lower ground plate and the substrate The outside of the space is preferably sealed with a conductor rod.
또한, 상기 기판의 재질은 강화유리섬유 또는 테프론-강화유리섬유임이 바람직하다.In addition, the material of the substrate is preferably reinforced glass fiber or Teflon-reinforced glass fiber.
또한, 상기 상, 하부 접지판과 상기 급전선이 인쇄된 기판과의 사이 공간은 기포제 유전체 또는 공기로 채워짐이 바람직하다.In addition, the space between the upper and lower ground plates and the substrate on which the feed line is printed is preferably filled with a bubble dielectric or air.
또한, 상기 다이폴축의 마이크로스트립라인은 접속홀을 통하여 상기 다이폴의 한쪽암에 연장되어 접속됨을 특징으로 한다.In addition, the microstrip line of the dipole shaft is characterized in that it is connected to one arm of the dipole extending through the connection hole.
또한, 상기 마이크로스트립 다이폴 안테나가 적층되어 사용될 경우에는 상기 다이폴 안테나 사이의 수직 간격은 마이크로웨이브 신호의 반파장보다 약간 짧게함을 특징으로 한다.In addition, when the microstrip dipole antennas are stacked and used, the vertical spacing between the dipole antennas is slightly shorter than the half wavelength of the microwave signal.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 2 내지 도 6에서, 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이(20)는 서로 다른 형태의 전송선로를 갖는 급전망(21)과 다이폴(22)로 구성된다. 급전망(21)은 하이(high)-Q 트라이플레이트(triplate) 에어스트립 라인으로 형성된다. 이러한 하이-Q라인은 고 품질의 유전체 기판이 아니더라도 낮은 입력손실을 갖기 때문에 인쇄회로 기판(23)은 강화유리섬유(fiber glass) 재질이나 유전율이 낮은 테프론-강화유리섬유 기판(예로서, TACONIC사의 TLC 3.2) 등을 사용할 수 있다.2 to 6, the microstrip dipole antenna array 20 is composed of a feed grid 21 and a dipole 22 having different types of transmission lines. The feed grid 21 is formed of a high-Q triplate airstrip line. Since the high-Q line has a low input loss even if it is not a high-quality dielectric substrate, the printed circuit board 23 is made of a fiberglass material or a low dielectric constant Teflon-reinforced glass fiber substrate (for example, TACONIC Corporation). TLC 3.2) and the like can be used.
인쇄회로기판(23)의 두께는 일반적으로 UHF와 L밴드에서는 1/16인치이고 S 또는 C 밴드는 1/32인치이며 X나 KU밴드에서는 1/64인치로 설정된다.The thickness of the printed circuit board 23 is generally set to 1/16 inch in the UHF and L bands, 1/32 inch in the S or C band, and 1/64 inch in the X or KU band.
다이폴 부분(22)는 마이크로스트립 발룬(25)와 슬롯(26)으로 구성되고, 다이폴의 암(arm)(27a, 27b)로 구성되며 기판(23)의 하면에 식각되어 형성되며, 다이폴축을 이루는 마이크로스트립(24)은 기판(23)의 상면에 식각되어 형성된다. 슬롯(26)은 마이크로스트립(24)으 중앙에 위치하여 좌우대칭이 된다. 슬롯(26)의 길이는 자유공간(free space) 파장의 1/4배 보다 약간 짧다. 마이크로스트립(24)과 다이폴암(27b)은 접속홀(28)을 통하여 연결된다.The dipole portion 22 is composed of a microstrip balun 25 and a slot 26, is composed of arms (27a, 27b) of the dipole and is formed by etching on the lower surface of the substrate 23, forming a dipole axis The microstrip 24 is formed by etching the upper surface of the substrate 23. The slot 26 is located at the center of the microstrip 24 and is symmetrical. The length of the slot 26 is slightly shorter than 1/4 of the wavelength of the free space. The microstrip 24 and the dipole arm 27b are connected through the connection hole 28.
급전망(21)은 도 2의 윌킨슨 타입의 분배기(29)와 하이-Q라인으로 구성된다. 하이-Q라인은 기판(23)의 양면에 동일하게 식각된 도체(30a, 30b)와 기판(23)의 상하 평행하게 위치한 접지 금속도체판(31a, 31b)을 구비한다. 도 3의 단면도( B-B) 금속막대(34, 33)는 기판(23)을 지지함과 동시에 접지판(31a, 31b)과 함께 케이스를 형성하여 급전망을 외부로부터 보호한다.The feed grid 21 is composed of a Wilkinson type distributor 29 of FIG. 2 and a high-Q line. The high-Q line has the conductors 30a and 30b etched equally on both sides of the substrate 23 and the ground metal conductor plates 31a and 31b positioned in parallel with and above the substrate 23. The metal rods 34 and 33 of FIG. 3 (B-B) support the substrate 23 and form a case together with the ground plates 31a and 31b to protect the feed grid from the outside.
급전망(21)에 있는 도체(30a, 30b)는 기판(23)의 상면과 하면에 각각 식각되어 형성된 접속홀(35)에 의해 접속되며, 도체(30a)는 다이폴(22)까지 이어져 기판(23)의 상면에 식각되어 형성된다.The conductors 30a and 30b in the power supply network 21 are connected by connection holes 35 formed by etching the upper and lower surfaces of the substrate 23, respectively, and the conductor 30a extends to the dipole 22 to form a substrate ( It is formed by etching on the upper surface of 23).
볼트(37)는 접지판(31a, 31b) 기판(23)과 금속막대(33)를 서로 체결하여 지지하며, 금속막대(33)는 접지스트립(39)와 같은 길이 방향으로 장착된다. 금속막대(33)에는 볼트(37)를 체결하기 위한 나사탭이 형성되어 있고, 접지스트립(39)은 동일평면상에 발룬(25)과 직각을 이루며 금속막대(33)와 동일축상의 방향으로 결합된다. 또한, 볼트(37)의 체결력으로 발룬(25)과 급전망(21)의 접지판(31a, 31b)은 전기적으로 접속이 된다. 접속홀(28, 35)은 인쇄회로기판 제조공법에 의해 형성된다.The bolt 37 fastens and supports the ground plates 31a and 31b to the substrate 23 and the metal rod 33, and the metal rod 33 is mounted in the same length direction as the ground strip 39. The metal rod 33 is formed with a screw tab for fastening the bolt 37, and the ground strip 39 forms a right angle with the balloon 25 on the same plane and is coaxial with the metal rod 33. Combined. The balloon 25 and the ground plates 31a and 31b of the feeder network 21 are electrically connected by the fastening force of the bolt 37. The connection holes 28 and 35 are formed by a printed circuit board manufacturing method.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 살펴보면, 마이크로웨이브 신호는 안테나 어레이(20)의 입력단자(40)에 공급되고 이것은 분배기(29)로 이루어진 급전망(21)을 통하여 다이폴(22)로 전송된다. 급전망(21)은 각각의 다이폴에 필요한 마이크로웨이브 신호를 제공한다. 또한, 저측엽의 빔(beam) 특성을 얻기 위해서는 테일러(Taylor) 진폭분포 및 동 위상분포를 이용할 수 있다. 급전망(21)에는 하이-Q라인을 사용하여, 발룬(25)부분에서 발생하는 표면파를 억제하고 위상 오차가 적은 하이-Q라인을 사용하기 때문에 매우 낮은 측엽을 얻을 수 있다.Hereinafter, referring to the operation of the preferred embodiment of the present invention, the microwave signal is supplied to the input terminal 40 of the antenna array 20 and transmitted to the dipole 22 through the feeder network 21 formed of the distributor 29. do. The feed grid 21 provides the microwave signal required for each dipole. In addition, in order to obtain the beam characteristics of the lower lobe, a Taylor amplitude distribution and the same phase distribution may be used. Since the high-Q line is used for the feed grid 21, a surface wave generated in the balun 25 portion is suppressed and a high-Q line with a small phase error is used, so that a very low side lobe can be obtained.
도 5에 도시된 단면도에서와 같이 하이-Q라인의 에어스트립라인에서는 도체(30a, 30b)와 접지판(31a, 31b) 사이에만 전계가 형성되고, 기판(23)을 거의 관통하지 않기 때문에 기판(23)에 사용된 유전체의 영향을 받지 않으므로, 급전망(21)을 구성하는 데 값이 싼 유전체를 이용할 수 있다. 여기서, 입력 손실은 도체의 손실로만 정의되기 때문에, 상,하부의 접지판(31a, 31b) 간격(b)과 하이-Q라인 폭(W)의 크기를 증가시켜 입력손실을 매우 작게 할 수 있다. 예로서, b=10mm, t=0.8mm 이고 선폭 W=9.5mm에 50Ω을 갖는 급전선일 경우 S밴드에서의 입력손실은 0.3dB/m 정도로 낮게 나타난다.In the air strip line of the high-Q line as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, an electric field is formed only between the conductors 30a and 30b and the ground plates 31a and 31b, and the substrate 23 is hardly penetrated through the substrate 23. Since it is not affected by the dielectric used in (23), a cheap dielectric can be used to construct the feed grid 21. Since the input loss is defined only as the loss of the conductor, the input loss can be made very small by increasing the size of the gap b and the high-Q line width W of the upper and lower ground plates 31a and 31b. . For example, in the case of a feed line having b = 10 mm, t = 0.8 mm and a line width W = 9.5 mm and 50 Ω, the input loss in the S band is as low as 0.3 dB / m.
급전망(21)의 하이-Q라인인 에어스트립 급전선을 통한 마이크로웨이브 신호는 마이크로스트립 라인(24)에 전달된다. 유전체막대(34)와 금속막대(32, 33)는 급전망(21)의 밀봉용으로 사용되며, 기포유전체와 같은 저유전율을 갖는 물질이 상, 하부접지판(31a, 31b)과 급전망(21)내의 기판사이의 공간에 채워질 수 있다. 여기서, 유전체막대(24)의 폭은 가능한한 작게 유지되어야 한다. 상, 하부접지판(31a, 31b)이 접지스트립(39)를 통하여 발룬(25)에 접속되기 때문에 금속막대(33), 볼트(37) 그리고 접지스트립(39)은 슬롯(26)의 끝부분의 발룬(25)에 접지판(31a, 31b)과 동일한 전위를 유지한다.The microwave signal through the air strip feed line, which is the high-Q line of the feed grid 21, is transmitted to the microstrip line 24. The dielectric rod 34 and the metal rods 32 and 33 are used for sealing the feed grid 21, and a material having a low dielectric constant such as a bubble dielectric is formed on the upper and lower ground plates 31a and 31b and the feed grid ( 21 may be filled in the space between the substrates. Here, the width of the dielectric rod 24 should be kept as small as possible. Since the upper and lower ground plates 31a and 31b are connected to the balloon 25 through the ground strip 39, the metal rod 33, the bolt 37, and the ground strip 39 are formed at the ends of the slots 26. The same potential as that of the ground plates 31a and 31b is maintained in the balloon 25 of.
하이-Q라인의 도체(30a, 30b)는 하나의 기판(23)상에서 마이크로스트립 라인(24)에 연결되기 때문에 하이-Q라인과 마이크로스트립라인(24) 사이에서 해당주파수 대역내의 60%까지 정재파비가 1.2이하로 낮게 나타나게 되어 광대역 운용이 가능해 진다.Since the conductors 30a and 30b of the high-Q line are connected to the microstrip line 24 on one substrate 23, the standing waves between the high-Q line and the microstrip line 24 up to 60% in the corresponding frequency band. The ratio will be lower than 1.2, enabling broadband operation.
도 3의 A-A에서 본 단면도인 도 4에서, 마이크로스트립 라인(24)에 공급되는 마이크로웨이브 신호는 슬롯(26)과 커플링되며, 일반적인 슬롯(26)의 폭(a)은 마이크로스트립 라인(24) 폭(w)의 1/4배보다 작은 것이 적당하다. 마이크로스트립 라인(24)에 의해 전송된 마이크로웨이브 신호는 다이폴암(27b)에 접속홀(28)을 통하여 연결되어, 다이폴암(27a, 27b)에 전달된다. 슬롯(26)은 마이크로스트립 라인(24)과 동일 축상의 같은 방향으로 형성되어 있으며, 자체로 신호를 방사하지 않는다. 여기서, 다이폴암(27a, 27b)는 항상 서로 다른 전위를 가지게 되므로 마이크로웨이브 전압은 다이폴암(27a, 27b)의 슬롯(26) 사이에 걸리게 되어 마이크로웨이브가 다이폴(27a, 27b)에서 방사된다.In FIG. 4, which is a cross-sectional view taken from AA of FIG. 3, the microwave signal supplied to the microstrip line 24 is coupled with the slot 26, and the width a of the general slot 26 is the microstrip line 24. ) Smaller than 1/4 of the width w is suitable. The microwave signal transmitted by the microstrip line 24 is connected to the dipole arm 27b through the connection hole 28 and transmitted to the dipole arms 27a and 27b. The slot 26 is formed in the same direction on the same axis as the microstrip line 24 and does not radiate a signal by itself. Here, since the dipole arms 27a and 27b always have different potentials, the microwave voltage is caught between the slots 26 of the dipole arms 27a and 27b so that the microwaves are radiated from the dipoles 27a and 27b.
발룬(25)은 다이폴암(27a, 27b)에 대해 λ/4 길이의 단락회로 스터브(short circuit stub)로 작용하는 데, 매우 커다란 입력임피던스를 가지므로 다이폴의 전류는 발룬(25)측으로 오지 못하게 되어 다이폴(27a, 27b)에서 대칭적인 방사패턴이 형성된다.The balloon 25 acts as a short circuit stub of λ / 4 length with respect to the dipole arms 27a and 27b, and has a very large input impedance so that the current of the dipole does not come to the balloon 25 side. As a result, symmetrical radiation patterns are formed in the dipoles 27a and 27b.
한편, 발룬(25)의 단락회로 스터브의 리액턴스는 다이폴 자체의 리액턴스를 보상해주는 역할을 하기 때문에 넓은 주파수 대역(최대 50%까지)에서 다이폴(22)과 매우 우수한 임피던스 매칭이 이루어질 수 있도록 한다. 주파수 대역은 다이폴암(27a, 27b)의 폭을 증가시키면 넓어지지만, 크로스 편광파를 피하기 위해서 중심주파수의 30% 내지 50% 정도의 대역폭에서 운용된다면 0.05λ 정도의 폭으로도 충분하다.On the other hand, the reactance of the short circuit stub of the balun 25 serves to compensate for the reactance of the dipole itself, so that very good impedance matching with the dipole 22 can be achieved in a wide frequency band (up to 50%). The frequency band is widened by increasing the width of the dipole arms 27a and 27b, but a width of about 0.05λ is sufficient if the frequency band is operated at a bandwidth of about 30% to 50% of the center frequency to avoid cross polarized waves.
마이크로스트립(24)에 대한 슬롯(26)의 중앙 부분은 발룬(25)의 폭을 줄일 수 있게 해주므로 E-면(plain)에서 표면파의 발생 가능성을 줄여준다. 여기서, 발룬(25)의 폭은 마이크로스트립(24) 폭(w)의 2 내지 3배의 정도로 형성할 수 있으며, 이는 종래 기술(US. Pat. No. 4,287,518)에 비교하여 3배 내지 5배나 작게 형성할 수 있다. 또한, 표면파를 줄이기 위해서는 접지스트립(39)과 다이폴암(27a, 27b)과의 간격은 신호의 최소 파장의 1/4보다 작게 설정된다. 마이크로스트립(24)과 슬롯(26)이 동일한 방향으로 형성되어 있기 때문에 발룬(25)부분에 직각 방향의 불평형 전류와 크로스 편광파가 발생되지 않는다.The central portion of the slot 26 relative to the microstrip 24 allows the width of the balloon 25 to be reduced, thus reducing the likelihood of surface waves in the E-plane. Here, the width of the balloon 25 may be formed to about two to three times the width (w) of the microstrip 24, which is three to five times as compared to the prior art (US Pat. No. 4,287,518). It can form small. In order to reduce the surface wave, the distance between the ground strip 39 and the dipole arms 27a and 27b is set smaller than 1/4 of the minimum wavelength of the signal. Since the microstrip 24 and the slots 26 are formed in the same direction, unbalanced currents and cross-polarized waves in the perpendicular direction are not generated in the balloon 25.
도 7은 도 2의 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이가 개방형으로 적층되어 있고 좌, 우측의 가이드는 미도시한 실시예를 보인 것으로서, 각 적층된 다이폴 안테나 사이의 간격은 마이크로웨이브의 반파장보다 약간 짧은 길이로 하여 낮은 공기저항을 갖는다. 이러한 안테나 엘리먼트(element)의 접지판(31a, 31b) 사이의 간격이 0.5λ보다 작은 경우에는 후면 방사가 억제되기 때문에 빈 공간을 그대로 사용할 수 있어, 본 발명에서 인용된 종래기술의 안테나보다 바람저항(wind torque)이 약 7배 정도 작게 나타난다. 도 8은 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 패턴을 보이는 도면이다. 도 9는 도 2의 안테나의 정재파비를 보이는 그래프로서, 매우 넓은 주파수 범위(45% 이상)에서 정재파가 2.0 이하로 매우 낮게 나타남을 보여준다.FIG. 7 illustrates an embodiment in which the microstrip dipole antenna array of FIG. 2 is stacked in an open manner, and left and right guides are not shown. The spacing between the stacked dipole antennas is slightly shorter than the half wavelength of the microwave. It has a low air resistance. If the distance between the ground plate (31a, 31b) of the antenna element (element) is smaller than 0.5λ, because the back radiation is suppressed, the empty space can be used as it is, the wind resistance than the antenna of the prior art cited in the present invention The wind torque is about 7 times smaller. 8 is a view showing a pattern of a printed circuit board according to the present invention. FIG. 9 is a graph showing the standing wave ratio of the antenna of FIG. 2, and shows that the standing wave is very low at 2.0 or less in a very wide frequency range (45% or more).
도 10은 도 2에 도시된 안테나의 수평빔 패턴을 보이는 그래프로서, 측정치가 계산치보다 약간 낮게 나타나며, 특히 측엽이 매우 낮고, 측정 결과도 계산치와 매우 유사함을 알 수 있다. 여기서, 주파수 범위 40%에서 입력 및 반사손실을 포함하는 전체손실은 0.8dB 이하이고, 크로스 편광파 수준도 -25dB 이하로 나타난다.FIG. 10 is a graph showing the horizontal beam pattern of the antenna shown in FIG. 2, wherein the measured value is slightly lower than the calculated value, and particularly, the side lobe is very low, and the measured result is also very similar to the calculated value. Here, in the frequency range 40%, the total loss including the input and return loss is 0.8 dB or less, and the cross polarization wave level is also -25 dB or less.
인용된 종래 기술의 N개의 다이폴 어레이 안테나와 본 발명의 안테나 입력손실을 비교해 보면, 종래는 급전망과 다이폴 모두에 유전체 손실이 발생하나 본 발명은 다이폴의 좁은 부분에만 손실이 발생한다. 관련식으로 나타내면, 일반적으로 길이 1인 스트립라인의 유전체 손실(Ld)은 다음 수학식 1과 같다.Comparing the conventional N input dipole array antennas with the antenna input loss of the present invention, dielectric loss occurs in both the feed grid and the dipole, but the present invention causes loss only in a narrow portion of the dipole. In general terms, the dielectric loss L d of a stripline having a length of 1 is represented by Equation 1 below.
두 안테나의 유전체 손실의 차이(Ld1-Ld2)를 구하면 수학식 2에 의해 산출된다.The difference (L d1 -L d2 ) between the dielectric losses of the two antennas is calculated by Equation 2.
여기서, Ld1은 인용된 종래의 안테나의 입력손실, Ld2는 본 발명의 안테나의 입력손실, N은 다이폴 어레이 안테나 개수, ε1과 ε2는 각각 종래와 본 발명에 적용된 유전체의 유전율을 나타낸다.Where L d1 is the input loss of the cited conventional antenna, L d2 is the input loss of the antenna of the present invention, N is the number of dipole array antennas, and ε 1 and ε 2 are the dielectric constants of the dielectrics applied to the conventional and the present invention, respectively. .
마이크로웨이브의 주파수가 8.5GHz인 경우, 종래의 안테나는 ε1=2.56, tanδ1=0.002의 특성을 갖는 듀로이드(Duroid) 기판이 적용되는 데 반하여 본 발명의 실시예는 ε2=4.2, tanδ2=0.01의 특성을 갖는 강화유리 기판을 사용했다. 따라서, 상기 수학식을 이용하여 손실을 구하면, Ld1=1.16dB, Ld2=0.14dB이고, 본 발명의 실시예에서 입력손실이 약 1dB 더 낮음을 알 수 있다. 또한, 강화유리 기판의 접속홀 도금기술이 듀로이드 기판보다 훨씬 간단하여 제작 공정이 간단한 장점이 있다.When the frequency of the microwave is 8.5GHz, a conventional Droid substrate having characteristics of ε 1 = 2.56 and tan δ 1 = 0.002 is applied, whereas the embodiment of the present invention has ε 2 = 4.2, tanδ A tempered glass substrate having a property of 2 = 0.01 was used. Therefore, when the loss is obtained using the above equation, it can be seen that L d1 = 1.16 dB and L d2 = 0.14 dB, and the input loss is about 1 dB lower in the embodiment of the present invention. In addition, the connection hole plating technology of the tempered glass substrate is much simpler than the duroid substrate has the advantage of a simple manufacturing process.
상술된 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로스트립 다이폴 안테나 어레이는 고가인 듀로이드 기판을 대체하여 저렴한 강화유리 기판을 사용하면서도 고가인 듀로이드 기판을 사용한 것보다 1dB 더 작은 입력손실을 갖으며, 강화유리 기판의 접속홀 도금기술이 듀로이드 기판보다 훨씬 간단하여 제작 공정이 간단하고, 급전망과 다이폴 사이를 단일면으로 전송하고 다이폴을 여기하는 루프가 없으며, 발룬의 슬롯과 마이크로스트립이 동일한 축상에 있기 때문에 주파수 대역폭이 넓으며, 급전망과 다이폴 사이의 단일면 전송 방법은 도 7과 같이 개방형 어레이 기술을 이용할 수 있기 때문에 안테나가 회전할 때 생기는 공기저항을 대폭 감소시킨다. 또한, 발룬부분에서 발생하는 표면파를 억제하고 위상 오차가 적은 하이-Q라인을 사용하기 때문에 매우 낮은 측엽을 얻을 수 있다.As described above, the microstrip dipole antenna array according to the present invention replaces an expensive duroid substrate and has an input loss of 1 dB smaller than that of an expensive duroid substrate while using an inexpensive tempered glass substrate. Connection hole plating technology is much simpler than duroid substrates, so the manufacturing process is simple, there are no loops to transfer the feeder and dipole to single side and excite the dipole, and the slot and microstrip of the balun are on the same axis. The frequency bandwidth is wide, and the single-sided transmission method between the feeder network and the dipole can use the open array technique as shown in FIG. 7, greatly reducing the air resistance generated when the antenna rotates. In addition, very low side lobe can be obtained because it suppresses surface wave generated in balun part and uses high-Q line with low phase error.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970049751A KR100286005B1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Microstrip dipole antenna array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970049751A KR100286005B1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Microstrip dipole antenna array |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990027314A true KR19990027314A (en) | 1999-04-15 |
| KR100286005B1 KR100286005B1 (en) | 2001-04-16 |
Family
ID=37514617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970049751A KR100286005B1 (en) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | Microstrip dipole antenna array |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100286005B1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020076869A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | 학교법인주성학원 | Planar Type Array Antenna with Rectangular Beam Pattern |
| KR100714613B1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-05-07 | 삼성전기주식회사 | Broadband balanced chip antenna with integrated balun |
| KR100739382B1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-07-13 | 센싱테크 주식회사 | Non-Radiative Microstrip Line |
| KR20170039525A (en) * | 2015-10-01 | 2017-04-11 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | Dipole espar antenna |
| KR20170087778A (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-31 | 엘지이노텍 주식회사 | Antenna apparatus and automotive radar apparatus having the same |
| CN114498004A (en) * | 2022-03-07 | 2022-05-13 | 扬州市宜楠科技有限公司 | Radiation unit and air microstrip antenna |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0457401A (en) * | 1990-06-26 | 1992-02-25 | Matsushita Electric Works Ltd | High frequency antenna for traveling object identification device |
| JP3192699B2 (en) * | 1991-08-23 | 2001-07-30 | 東洋通信機株式会社 | Microstrip antenna and method of manufacturing the same |
| JPH08250922A (en) * | 1995-03-09 | 1996-09-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Array antenna and feeding method to same |
-
1997
- 1997-09-29 KR KR1019970049751A patent/KR100286005B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020076869A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | 학교법인주성학원 | Planar Type Array Antenna with Rectangular Beam Pattern |
| KR100739382B1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-07-13 | 센싱테크 주식회사 | Non-Radiative Microstrip Line |
| KR100714613B1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-05-07 | 삼성전기주식회사 | Broadband balanced chip antenna with integrated balun |
| KR20170039525A (en) * | 2015-10-01 | 2017-04-11 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | Dipole espar antenna |
| KR20170087778A (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-31 | 엘지이노텍 주식회사 | Antenna apparatus and automotive radar apparatus having the same |
| CN114498004A (en) * | 2022-03-07 | 2022-05-13 | 扬州市宜楠科技有限公司 | Radiation unit and air microstrip antenna |
| CN114498004B (en) * | 2022-03-07 | 2023-08-18 | 扬州市宜楠科技有限公司 | Radiating element and air microstrip antenna |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100286005B1 (en) | 2001-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6087989A (en) | Cavity-backed microstrip dipole antenna array | |
| EP1647072B1 (en) | Wideband phased array radiator | |
| US5786793A (en) | Compact antenna for circular polarization | |
| US6281843B1 (en) | Planar broadband dipole antenna for linearly polarized waves | |
| US6043785A (en) | Broadband fixed-radius slot antenna arrangement | |
| US5070340A (en) | Broadband microstrip-fed antenna | |
| US5945959A (en) | Surface mounting antenna having a dielectric base and a radiating conductor film | |
| US3987455A (en) | Microstrip antenna | |
| US6166692A (en) | Planar single feed circularly polarized microstrip antenna with enhanced bandwidth | |
| US7999744B2 (en) | Wideband patch antenna | |
| US20060038732A1 (en) | Broadband dual polarized slotline feed circuit | |
| CN108736153B (en) | Three-frequency low-profile patch antenna | |
| US20240079787A1 (en) | High gain and fan beam antenna structures | |
| US6977613B2 (en) | High performance dual-patch antenna with fast impedance matching holes | |
| WO2001052352A1 (en) | Array antenna for d-shaped, h-plane radiation pattern | |
| US4740793A (en) | Antenna elements and arrays | |
| US11955733B2 (en) | Millimeter-wave end-fire magneto-electric dipole antenna | |
| KR100286005B1 (en) | Microstrip dipole antenna array | |
| US4660047A (en) | Microstrip antenna with resonator feed | |
| Fries et al. | Uniplanar circularly polarized slot-ring antenna architectures | |
| CN110635230A (en) | Asymmetric dual-polarized antenna device based on SICL resonant cavity circular ring gap and printed oscillator | |
| Soliman et al. | X-band brick wall antenna fed by CPW | |
| TWI836991B (en) | Antenna structure and antenna array | |
| KR200222277Y1 (en) | Multi-band directional patch antenna | |
| CN220873842U (en) | Antenna device and radar equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20060103 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |