KR19990081365A - Plain antennas and portable radios using these antennas - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 마이크로스트립 플레인 안테나와 휴대용 라디오는 방사 요소로 사용되는 4변형 도체의 4 측부에서, 적어도 3 측부는 서로 길이상에서 다르게 제조되는 것을 특징으로 한다.The microstrip plane antenna and the portable radio according to the invention are characterized in that at four sides of the quadrilateral conductor used as the radiating element, at least three sides are made different in length from each other.
Description
본 발명은 통신 분야, 특히 위성 통신에 사용된 순환 분극 플레인 안테나의 다중 동조 주파수(multiple-resonance frequency)의 조절방법 및 임피던스 정합에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 순환 분극 플레인 안테나를 사용하는 휴대용 라디오에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of adjusting and impedance matching of multiple-resonance frequencies of a cyclic polarization plane antenna used in the field of communications, in particular for satellite communications. The invention also relates to a portable radio using a cyclic polarization plane antenna.
위성을 사용하는 셀방식 휴대폰의 발상은 최근에 여러 회사에 의해 제안되었다. 셀방식 휴대폰에 사용된 주파수대에 대하여, 1.6GHz의 주파수대는 지상 셀방식 휴대폰에서 통신 위성으로의 업-링크 통신(up-link communications)에 할당된다. 2.4GHz의 주파수폭은 통신 위성에서 지상 셀방식 휴대폰으로의 다운 링크 통신(down-link communications)에 할당된다. 1.6GHz의 주파수대는 또한 지상 통신국과 통신 위성 사이의 양방향 통신에 할당된다. 순환 분극 전파는 통신 회로의 품질을 보장하기 위해 일반적으로 통신 분야에서 사용된다.The idea of cellular cellular phones using satellites has recently been proposed by several companies. For the frequency bands used in cellular cellular phones, the 1.6 GHz band is allocated for up-link communications from terrestrial cellular cellular phones to communication satellites. The 2.4 GHz bandwidth is allocated for down-link communications from telecommunication satellites to terrestrial cellular phones. The 1.6 GHz band is also allocated for bidirectional communication between terrestrial stations and telecommunication satellites. Circularly polarized propagation is commonly used in the communications field to ensure the quality of communication circuits.
플레인 안테나는 범용 지구 측위 시스템(GPS)에서 발신된 라디오 전파(즉, 1.5GHz의 순환 분극 라이트-턴 전파)를 수신하는 실제 용도로 이미 사용되고 있다. 플레인 안테나는 플레이트형 유전체 재료와, 이 플레이트형 유전체 재료의 한 측부에 부착된 패치 도체(즉, 방사 요소)와, 상기 플레이트형 유전체 재료의 다른 측부에 부착된 접지 도체를 포함하는 원-포인트 백 공급 마이크로스트립 안테나(one-point back feeding microstrip antenna)이다. 도 5는 위에서 투시한 원-포인트 백 공급 마이크로스트립 안테나(MSA)(21)를 도시한 도면이며, 패치형 도체(21b)는 직사각형의 평행 육면체 형태를 가진다. 장측부(PO,QR)는 비교적 저파수에서 동조(resonance)를 발생시키고 타원 분극 파동을 나타낸다. 이와는 대조적으로, 단측부(PQ,OR)는 비교적 고주파수에서 동조를 발생시키고 상기 타원 분극 파동에 수직하는 다른 타원 분극 파동을 나타낸다. 패치 도체는 상기 주파수 사이에서 원형 분극 안테나로써 작용한다. 50Ω 공급 핀(feed pin)(21a)의 특성 임피던스를 갖는 전기 공급 라인을 접속하기 위해, 전기 공급 라인의 임피던스는 공급 핀(21a)의 위치를 조절함으로써 공급 핀의 임피던스와 정합된다. 특히, 사용자는 단지 공급 핀(21a)을 정사각형의 실질적인 사선을 따라 어느 위치에 배치하기만 하면 된다는 사실을 알 수 있다. MSA(21)을 형성하는 유전체 기판(21c)은 20의 유전체 상수(dielectric constant)와, 4 내지 6mm의 두께와, 약 25mm의 크기를 갖는 유전체 기판 형태로 이미 실제 용도로 사용되고 있다. GPS는 약 1 MHz의 상태의 매우 좁은 대역폭을 필요로 한다.Plain antennas are already being used in practical applications to receive radio waves (i.e., cyclic polarized light-turn radio waves of 1.5 GHz) from a universal geolocation system (GPS). The plain antenna includes a plate-shaped dielectric material, a patch conductor (i.e., a radiating element) attached to one side of the plate-shaped dielectric material, and a ground conductor attached to the other side of the plate-shaped dielectric material. One-point back feeding microstrip antenna. FIG. 5 shows a one-point back supply microstrip antenna (MSA) 21 viewed from above, with patch-like conductor 21b having a rectangular parallelepiped form. The long sides (PO, QR) generate resonance at relatively low frequencies and exhibit elliptic polarization waves. In contrast, the short sides PQ, OR generate different elliptic polarization waves that generate tuning at relatively high frequencies and are perpendicular to the elliptic polarization waves. The patch conductor acts as a circular polarizing antenna between these frequencies. In order to connect an electrical supply line having a characteristic impedance of a 50Ω feed pin 21a, the impedance of the electrical supply line is matched with the impedance of the supply pin by adjusting the position of the supply pin 21a. In particular, the user may know that the supply pin 21a only needs to be disposed at a certain position along the substantially diagonal line of the square. The dielectric substrate 21c forming the MSA 21 is already in practical use in the form of a dielectric substrate having a dielectric constant of 20, a thickness of 4 to 6 mm, and a size of about 25 mm. GPS requires a very narrow bandwidth of about 1 MHz.
대조적으로, 위성 셀방식 휴대폰은 약 10 MHz의 비교적 넓은 대역폭에서 신호를 전송하고 수신하기 때문에, 유전체 기판(21c)의 두께는 증가되어야 하고 그에 의해 대역폭을 상대적으로 넓게 한다. 또한, 저궤도 위성을 사용하는 시스템에서는 낮은 고도에서 안테나의 이득(gain)을 보장할 필요성이 있다.In contrast, since the satellite cellular phone transmits and receives signals at a relatively wide bandwidth of about 10 MHz, the thickness of the dielectric substrate 21c must be increased, thereby making the bandwidth relatively wider. In addition, in systems using low orbit satellites, there is a need to ensure the gain of the antenna at low altitude.
그러나, 유전체 기판이 대역폭에서 또는 낮은 고도에서 안테나의 특성을 개선시킬 목적으로(기존 GPS MSA의 두께의 두배가 되도록) 증가할 경우에, 직사각형 패치 도체는 소정의 바람직한 동조 주파수와 임피던스 정합을 동시에 만족시키기 어렵다.However, when the dielectric substrate increases in bandwidth or at low altitudes for the purpose of improving the antenna's properties (double the thickness of the existing GPS MSA), the rectangular patch conductor simultaneously satisfies the desired desired tuning frequency and impedance matching. Difficult to let
본 발명은 본 명세서의 청구항에 기재된 수단에 의해 상기 문제를 해결할 수 있다. 특히, 본 발명은 플레이트형 유전체 물질과, 이 유전체 물질의 한 측부 상에 제공된 패치 도체와, 상기 유전체 물질의 다른 측부 상에 제공되고 백 공급 방법(back feeding method)에 의해 상기 패치 도체에 전력을 공급하는 접지 도체를 포함하는 마이크로스트립 플레인 안테나를 제공하며, 본 발명에 의한 개선 효과는 패치 도체가 정사각형을 취하고 적어도 3개의 다른 크기의 측부를 갖는 형태를 특징으로 한다.The present invention can solve the above problems by the means described in the claims herein. In particular, the present invention provides a plate-like dielectric material, a patch conductor provided on one side of the dielectric material, and a patch conductor provided on the other side of the dielectric material and supplied to the patch conductor by a back feeding method. Provided is a microstrip plane antenna comprising a grounding conductor for feeding, and the improvement effect of the invention is characterized in that the patch conductor takes a square and has at least three different sized sides.
도 1은 위에서 투시한 본 발명의 실시예에 따른 원-포인트 백 공급 마이크로스트립 플레인 안테나를 도시한 개략도.1 is a schematic diagram illustrating a one-point back supply microstrip plane antenna according to an embodiment of the present invention as viewed from above.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 마이크로스트립 플레인 안테나를 측정한 보기를 도시한 스미쓰 차트.2A and 2B are Smith charts showing an example of measuring a microstrip plane antenna in accordance with the present invention.
도 3은 4-와이어 나선형 안테나와 조합하여 사용된 본 발명에 따른 마이크로스트립 플레인 안테나를 도시한 개략도.3 is a schematic diagram illustrating a microstrip plane antenna according to the invention used in combination with a 4-wire spiral antenna;
도 4는 도 3에 도시된 안테나를 갖는 휴대용 안테나를 도시한 개략도.4 is a schematic diagram illustrating a portable antenna having the antenna shown in FIG.
도 5는 위에서 투시한 종래 백 공급 마이크로스트립 플레인 안테나를 도시한 평면도.5 is a plan view of a conventional back supply microstrip plane antenna viewed from above;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 마이크로스트립 플레인 안테나 2 : 나선형 안테나1: microstrip plane antenna 2: spiral antenna
4 : 접지 도체 6 : 케이블4: grounding conductor 6: cable
11 : 라디오 13 : 안테나 지지 실린더11 radio 13 antenna support cylinder
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 플레인 안테나의 구성을 도시한 개략도이다. 도 1에서, 부호"1"은 마이크로스트립 플레인 안테나(MSA)를 표시하고, 부호"1a"는 공급 핀을 표시하고, 부호"1b"는 패치 도체를 표시하며, 부호"1c"는 유전체 기판을 표시한다. 도시되지 않은 접지 도체는 유전체 기판(1c)의 반대 측부에 접속되고, 공급 핀(1a)은 뒤에서부터 접지 도체에 형성된 관통 구멍을 비접촉 방식으로 통과하고 패치 도체(1b)의 공급 지점(H)에 접속되어 있다. 패치 도체(1b)의 제 1 측부는 (측부AB)로 하고, 패치 도체(1b)의 제 2 측부는 (측부BC)로 하고, 패치 도체(1b)의 제 3 측부는 (측부CD)로 하고, 패치 도체(1b)의 제 4 측부는 (측부DA)로 한다.1 is a schematic diagram showing the configuration of a plane antenna according to an embodiment of the present invention. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a microstrip plane antenna MSA, reference numeral 1a denotes a supply pin, reference numeral 1b denotes a patch conductor, and reference numeral 1c denotes a dielectric substrate. Display. The ground conductor, not shown, is connected to the opposite side of the dielectric substrate 1c, and the supply pin 1a passes through the through-hole formed in the ground conductor from behind, in a non-contact manner, and at the supply point H of the patch conductor 1b. Connected. The first side of the patch conductor 1b is (side side AB), the second side of the patch conductor 1b is (side side BC), and the third side of the patch conductor 1b is (side side CD). The fourth side of the patch conductor 1b is referred to as the side DA.
본 발명의 실시예에서, 직사각형(EBFD)이 처음으로 형성되고, 사선(EF)과 사선(BD)의 교차점은 G로 한다. 포인트(H)는 원형 분극 우측 턴 파동을 생성하기 위해 라인 세그먼트(EG)를 따라 공급 지점으로 배치된다. 또한, 다중 동조 주파수와 임피던스 패칭(impedance patching)을 용이하게 조절하기 위해, 측부(EB)는 측부(A)까지 연장되고 측부(BF)는 측부(B)까지 연장된다(여기서, AB≠BC). 상기 측부들이 연장됨에 따라, 측부(CD,DA)는 비스듬한 사선이 된다. 따라서, 공급 지점(H)에서 상기 측부들까지의 실제 거리는 증가된다. 간단히 말해서, 패치 도체(1b)의 대역폭도 역시 증가하고 공급 지점(H)에서 측부들까지의 거리에 의해 결정된 임피던스 정합에 대한 조건이 완화된다. 도 2는 MSA1을 측정한 보기를 도시한다. 도 2a와 도 2b는 도 1에 도시된 EBFD에 의해 표시된 직사각형의 측부(EB)를 연장한 ABFD으로 표시된 사다리꼴 패치 도체를 측정한 보기이다. 도 2a는 패치 도체의 연장부[즉, 측부(AE)]가 1.5 mm의 길이로 세팅된 경우에서 얻어진 스미쓰 차트이며, 도 2b는 패치 도체의 연장부[즉, 측부(AE)]가 2.0 mm의 길이로 세팅된 경우에서 얻어진 스미쓰 차트이다.In the embodiment of the present invention, a rectangle EBFD is first formed, and the intersection point of the diagonal line EF and the diagonal line BD is G. Point H is placed at the feed point along line segment EG to create a circular polarized right turn wave. Also, to easily adjust multiple tuning frequencies and impedance patching, side EB extends to side A and side BF extends to side B (where AB ≠ BC) . As the sides extend, the sides CD, DA become oblique oblique lines. Thus, the actual distance from the feed point H to the sides is increased. In short, the bandwidth of the patch conductor 1b also increases and the conditions for impedance matching determined by the distance from the supply point H to the sides are relaxed. 2 shows an example of measuring MSA1. 2A and 2B are examples of measuring trapezoidal patch conductors labeled ABFD, which extend the rectangular side EB indicated by EBFD shown in FIG. 1. FIG. 2A is a Smith chart obtained when the extension of the patch conductor (ie, side AE) is set to a length of 1.5 mm, and FIG. 2B is 2.0 mm of the extension of the patch conductor (ie, side AE) This is the Smith chart obtained in the case of set to the length of.
유전체 기판(1c)을 12mm의 두께와, 20의 유전체 상수와, 28mm×28mm의 외부 크기를 갖도록 취하고, 패치 도체(1b)의 AB,BC,CD 및 DA의 측부가 각각 20mm, 19mm, 18.6mm, 17.04mm를 갖도록 취하면, 패치 도체(1b)와 나선형 안테나(2)는 도 3에 도시된 바와 같이, 조합하여 사용된다. 도 3은 접지 도체(4)를 도시하고, 나선형 안테나(2)는 접지 도체(4)와 동축 방향으로 접지 도체(4)의 하부에 접속된다. 나선형 안테나(2)는 30mm의 직경을 갖는 아크릴 실린더(또는 유전체 폴)와, 4.5mm의 폭을 가지며 아크릴 실린더의 표면 상에서 1080를 통해서 134mm의 높이에 대하여 나선형으로 감싸진 4개의 구리 조각 테입(또는 선형-방사 요소)(2b)을 포함하며; 구리 조각 테입(2b)은 아크릴 실린더의 하단부에서 서로 대향하며 세워져 있고 피복된 와이어에 의해서 서로 전기적으로 접속되어 있다. 아크릴 실린더의 하단부에 있는 피복된 와이어 사이의 교차부로 인하여 DC 결합이 발생하지 않는다. 비록, MSA1는 아크릴 실린더(2a)의 상단부 상에 설치되지만, 선형 분극 나선형 방사 요소로 작용하는 구리 조각 테입(2b)은 접지 도체(4)에 직접 접속되지 않는다. 약 7mm의 폭을 갖는 가장자리부(도체)(2d)는 접지 도체(4)와 구리 조각 테입(2b) 사이에 접속되며 나선형 방사 요소와 전기적으로 접속된다. 동축 케이블(또는 신호 전송 경로)(6)는 아크릴 실린더(2a)의 내측부를 경유하여 접지 도체(4)에 형성된 관통 구멍(4a)을 통과하는 공급 핀(1a)과 접속됨으로써, 패치 도체(1b)에 전력을 공급한다. 본 실시예에서, 낮은 고도에서 안테나의 이득(gain)은 단지 MSA1를 사용하는 안테나의 이득에 비해 향상된다. 안테나는 낮은 고도에서 최고도까지 실질적으로 모든 방향에서 균일한 방향성과 우수한 축 비율을 갖도록 구성된다.The dielectric substrate 1c is taken to have a thickness of 12 mm, a dielectric constant of 20 and an external size of 28 mm x 28 mm, and the sides of the AB, BC, CD and DA of the patch conductor 1b are 20 mm, 19 mm and 18.6 mm, respectively. , Taking 17.04 mm, the patch conductor 1b and the spiral antenna 2 are used in combination, as shown in FIG. 3 shows a ground conductor 4, with the helical antenna 2 connected to the bottom of the ground conductor 4 in a coaxial direction with the ground conductor 4. The spiral antenna 2 has an acrylic cylinder (or dielectric pole) having a diameter of 30 mm, and four copper piece tapes spirally wrapped about a height of 134 mm through 108 0 on the surface of the acrylic cylinder with a width of 4.5 mm. Or linear-radiating element) 2b; The copper piece tapes 2b are erected to face each other at the lower end of the acrylic cylinder and are electrically connected to each other by a coated wire. No DC coupling occurs due to the intersection between the coated wires at the bottom of the acrylic cylinder. Although MSA1 is installed on the upper end of the acrylic cylinder 2a, the copper piece tape 2b serving as a linear polarized helical radiating element is not directly connected to the ground conductor 4. An edge (conductor) 2d having a width of about 7 mm is connected between the ground conductor 4 and the copper piece tape 2b and electrically connected to the helical radiating element. The coaxial cable (or signal transmission path) 6 is connected to the supply pin 1a passing through the through hole 4a formed in the ground conductor 4 via the inner portion of the acrylic cylinder 2a, thereby providing a patch conductor 1b. ) To the power supply. In this embodiment, the gain of the antenna at low altitude is improved compared to the gain of the antenna using only MSA1. The antenna is configured to have uniform directionality and good axial ratio in virtually all directions from low altitude to high altitude.
도 4는 도 3에 도시된 안테나를 갖는 휴대용 라디오(또는 셀방식 휴대폰)를 도시한다. 나선형 안테나(2)는 안테나 지지 실린더(13)에 의해 지지되며 안테나 사이에 제공된 통신 섹션부(13a)와 함께 종방향으로 휴대용 라디오(11)로부터 이격된다. 휴대용 라디오(11)에서, 부호"11a"는 수신 섹션부를 표시하며; 부호"11b"는 디스플레이를 표시하고; 부호"11c"는 작동 섹션부를 표시하며; 부호"11d"는 전송 섹션부를 표시한다. 도 3에 도시된 안테나를 갖는 휴대용 라디오로 인하여, 휴대용 라디오가 하나의 안테나를 사용하여 최고도의 방향으로 저궤도 위성과 통신하는 것이 가능하게 되었다.4 illustrates a portable radio (or cellular cellular phone) with the antenna shown in FIG. 3. The helical antenna 2 is supported by the antenna support cylinder 13 and spaced apart from the portable radio 11 in the longitudinal direction with the communication section 13a provided between the antennas. In the portable radio 11, the symbol " 11a " denotes a receiving section; Reference numeral “11b” indicates a display; "11c" indicates an operating section; Reference numeral 11d denotes a transmission section portion. The portable radio with the antenna shown in FIG. 3 makes it possible for the portable radio to communicate with the low orbit satellite in the highest direction using one antenna.
상기 기술된 바와 같이, 비록 방사 요소로 사용되는 패치 도체가 비교적 두꺼운 두께를 갖는 유전체 기판상에 형성될 때에도, 본 발명은 바람직한 다중 동조 주파수를 조절하는 것과 공급 라인 사이의 임피던스 정합을 동시에 만족스럽게 실행할 수 있다. 또한, 본 발명은 기존 유전체 기판과 같이 비교적 작은 두께의 유전체 기판을 갖는 안테나에도 적용될 수 있음은 물론이다. 높은 유전체 상수를 가지며 패치 도체에 대해서 절단 크기의 정확성을 필요로 하는 플레인 안테나의 경우에서, 본 발명은 상술한 효과를 나타낸다.As described above, even when the patch conductor used as the radiating element is formed on a dielectric substrate having a relatively thick thickness, the present invention satisfactorily performs the desired multiple tuning frequency adjustment and impedance matching between the supply lines simultaneously. Can be. In addition, the present invention can be applied to an antenna having a dielectric substrate having a relatively small thickness, such as a conventional dielectric substrate. In the case of a plane antenna having a high dielectric constant and requiring the accuracy of the cut size for the patch conductor, the present invention has the above-described effect.
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-
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| B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20050729 Effective date: 20060726 |
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| S901 | Examination by remand of revocation | ||
| GRNO | Decision to grant (after opposition) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121023 Year of fee payment: 7 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131022 Year of fee payment: 8 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |