KR20000012767A - 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나에 관한 것으로서,

종래의 마이크로 스트립 적층 안테나는 근본적인 속성이 공진형 안테나이므로 주파수 대역폭이 수% 이하로 매우좁고 복사이득이 낮은 단점을 갖고 있으므로 이를 극복하기위해 고주파 기판상에서만 구현이 가능한 문제점이 발생하고 있으며, 또한 이득이 0∼4dBi 정도로 매우 낮아 그 이상의 이득을 얻기 위해서는 여러장의 패치를 어레이시키거나 적층시켜야만 하므로 안테나의 크기 및 두께가 커져야만 하고, 이러한 이유로 일반적인 개인휴대통신 중계기용 안테나, 무선통신 장비등에 내장이 어려운 문제가 발생하였으며, 부피가 커짐에 따라 지하철, 빌딩지하 및 전파음영지역의 복도나 벽면등에 부착하기가 어려운 문제점이 발생하였다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 방사기판을 소정의 유전율을 갖는 일정두께의 폼 상면에 부착하여 방사기판과 급전기판이 일정간격을 갖도록 하고, 급전기판상에는 급전선로를 통해 공급된 전류를 방사하는 다이폴과, 이 다이폴의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부와, 방사기판의 에지부분에서 발생하는 과잉전류를 감쇄시키기 위한 라디알을 다이폴의 양측으로 돌출 형성하므로서, 광대역화를 실현함과 동시에 크기와 두께를 현저히 감소시켜 중계기 내부 및 기타장비에 손쉽게 내장시킬 수 있도록 한 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나에 관한 것이다.

Description

초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나{Ultra-thin wideband micro strip patch antennas}

본 발명은 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나에 관한 것으로서, 특히 방사기판을 소정의 유전율을 갖는 일정두께의 폼 상면에 부착하여 방사기판과 급전기판이 일정간격을 갖도록 하고, 급전기판상에는 급전선로를 통해 공급된 전류를 방사하는 다이폴과, 이 다이폴의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부와, 방사기판의 에지부분에서 발생하는 과잉전류를 감쇄시키기 위한 라디알을 다이폴의 양측으로 돌출 형성하므로서, 광대역화를 실현함과 동시에 크기와 두께를 현저히 감소시켜 중계기 내부 및 기타장비에 손쉽게 내장시킬 수 있도록 한 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 안테나는 셀룰러 방식의 이동통신 기지국에서 셀 반경내의 가입자들에게 필요한 전계강도의 신호를 송수신하는데 이용되며, 또 가입자가 휴대한 단말기에 채용되어 기지국과 송수신신호를 주고 받는 에어 인터페이스 수단으로 이용되고 있다. 또, 지하주차장, 지하철, 고층빌딩내의 사무실 등과 같은 전파음영지역의 경우 중계기의 에어 인터페이스에 이용되고 있다.

상기와같이 이동통신 혹은 무선통신에는 다이폴 안테나, 야기안테나, 미아크로 스트립 안테나등이 주로 쓰이고 있다.

상기 다이폴 안테나는 반파장 길이의 공진형 안테나로서 도우넛 형태의 전방향 복사특성을 지니고 있어 셀룰러 통신의 가입자 단말기용 안테나와 소형 중계기의 서비스 안테나로 주로 사용된다.

또, 상기 야기 안테나는 다이폴 안테나를 길이방향으로 여러개 중첩시켜 지향성을 높인 예로서, 소형 중계기의 조너 안테나에 주로 사용된다.

그리고, 상기 마이크로 스트립 안테나는 셀룰러폰 및 PCS(Personal Communication Service)를 포함하는 개인휴대통신 서비스, 무선 가입자망 서비스(Wireless Local Looped), 플림스(Future Public Land Mobile Telecommunication System) 및 위성통신등을 포함하는 무선통신에 사용되어 기지국과 사용자가 휴대한 단말기 상호간의 신호를 송수신하는데에 주로 사용되고 있다.

도 1 은 종래의 마이크로 스트립 적층 안테나를 도시한 것으로서, 고주파 기판(31)상에 에칭기법으로 구현한 반파장 길이의 패치(32)를 통해서 전파를 복사하도록 된 안테나로서, 형상이 평면이어서 지하철, 지하주차장, 혹은 고층빌딩의 실내등과 같은 전파음영지역의 복도와 벽면에 부착할 수 있도록 된 것이 특징이다.

그러나, 종래의 마이크로 스트립 적층 안테나는 근본적인 속성이 공진형 안테나이므로 주파수 대역폭이 수% 이하로 매우좁고 복사이득이 낮은 단점을 갖고 있으므로 이를 극복하기위해 고주파 기판상에서만 구현이 가능한 문제점이 발생하고 있으며, 또한 이득이 0∼4dBi 정도로 매우 낮아 그 이상의 이득을 얻기 위해서는 여러장의 패치를 어레이시키거나 적층시켜야만 하므로 안테나의 크기 및 두께가 커져야만 하고, 이러한 이유로 일반적인 개인휴대통신 중계기용 안테나, 무선통신 장비등에 내장이 어려운 문제가 발생하였으며, 부피가 커짐에 따라 지하철, 빌딩지하 및 전파음영지역의 복도나 벽면등에 부착하기가 어려운 문제점이 발생하였다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 방사기판을 소정의 유전율을 갖는 일정두께의 폼 상면에 부착하여 방사기판과 급전기판이 일정간격을 갖도록 하고, 급전기판상에는 급전선로를 통해 공급된 전류를 방사하는 다이폴과, 이 다이폴의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부와, 방사기판의 에지부분에서 발생하는 과잉전류를 감쇄시키기 위한 라디알을 다이폴의 양측으로 돌출 형성하므로서, 광대역화를 실현함과 동시에 크기와 두께를 현저히 감소시켜 중계기 내부 및 기타장비에 손쉽게 내장시킬 수 있도록 한 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명의 특징은,

소정의 유전율을 갖는 폼의 상면에 누설전계 및 자계를 형성하기 위한 방사기판을 형성하고, 방사기판이 형성된 폼을 급전기판의 상면에 장착하되, 상기 급전기판의 상면에는 전류공급을 위한 급전선로가 형성되고, 이 급전선로를 통해 공급되는 전류로 필요한 전계강도의 신호를 방사하는 다이폴이 상기 급전선로를 중심으로 대칭되게 형성되며, 상기 급전선로로 부터 다이폴에 전류가 공급될때 까지의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부가 급전선로와 다이폴의 사이에 테이퍼지게 형성되고, 다이폴의 분기점에서 발생하는 임피던스 비매칭 현상을 조절하기 위한 반사판이 양측의 다이폴에 접하도록 그 상측에 형성되며, 급전기판의 하면에는 그라운드부가 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 방사기판의 에지부분에서 발생하는 과잉전류를 감쇄시키기 위한 라디알이 다이폴의 양측으로 돌출형성된 것을 특징으로 하며,

상기 방사기판과 그라운드부간에 연속적으로 발생하는 전,자계 반사에 의한 입력급전선로의 불요반사를 최소화하기 위해 그라운드부의 중앙 양측에 비반사부를 형성한 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래의 마이크로 스트립 안테나를 보인 사시도.

도 2 는 본 발명의 마이크로 스트립 적층 안테나를 보인 사시도.

도 3 은 도 2의 "A-A"선 단면을 나타낸 단면도,

도 4 는 본 발명에 적용된 급전기판의 상면을 보인 평면도.

도 5 는 본 발명에 적용된 급전기판의 저면을 보인 저면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 폼, 2: 방사기판,

3: 급전기판, 4: 급전선로,

5: 다이폴, 6: 임피던스 변환부,

7: 반사판, 8: 그라운드부,

9: 라디알, 10: 비반사부,

이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 5 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 도면에 의하면 본 발명은 폼(1), 방사기판(2), 급전기판(3)으로 대별 구성된다.

상기 폼(1)은 방사기판(2)과 급전기판(3)이 일정간격으로 유지되도록 하는 것으로서, 이 폼(1)은 소정의 유전율을 갖는 재질로 형성하여 방사기판(2)과 급전기판(3)의 간격을 최소한으로 줄일 수 있도록 하였다.

상기 폼(1)의 상면으로는 누설전계 및 자계를 방사하기 위한 방사기판(2)이 부착되며, 방사기판(2)이 부착된 상태의 폼(1)을 급전기판(3)의 상면에 부착한다.

급전기판(3)의 상면에는 급전선로(4), 다이폴(5), 임피던스 변환부(6), 반사판(7), 라디알(9)이 형성되는데, 이러한 구성요소들은 포토에칭 기법에 의해 형성된다.

상기 급전선로(4)는 콘넥터를 통해 공급되는 전류를 방사용 다이폴(5)로 공급하는 것으로서, 급전기판(3)의 상면 일측으로 부터 좁고 길게 형성되며, 급전기판(3)의 상측으로 폼(1)이 부착되더라도 이 급전선로(4)의 일부분이 노출되도록 하였다.

다이폴(5)은 급전선로(4)를 통해 공급되는 전류로서 방사하여 방사기판(2)에 전,자계를 유기시켜주는 것으로서, 도 4 에 도시된 바와같이 급전선로(4)를 중심으로 그 양측에 대칭 형성된다.

이 다이폴(5)의 상단으로 폼(1)이 부착되면서 다이폴(5)에서 방사되는 전,자계가 방사기판(2)에 유기되어 대기상에 다시 방사되므로 마이크로스트립 적층 안테나의 이득을 극대화시킬 수 있다.

상기 반사판(7)은 상기 다이폴(5)로 부터 전,자계가 방사될때 다이폴(5)의 특성상 다이폴(5)의 분기점에서 발생하는 임피던스 비매칭 현상을 조절해주는 것으로서, 상기 다이폴(5)의 중앙 상단에 형성하였다.

그리고, 임피던스 변환부(6)는 급전선로(4)로 부터 다이폴(5)로 전류가 공급되기까지 입력반사계수를 조절해주기 위한 것으로서, 급전선로(4)와 다이폴(5)의 연결부위에 테이퍼지게 형성되며, 또한 다이폴(5)과 반사판(7)의 연결부분에 테이퍼지게 각각 형성된다.

즉, 상기 임피던스 변환부(6)는 급전선로(4)와 다이폴(5)간의 임피던스를 매칭시켜줌에 따라 다이폴(5)의 방사손실을 감소시키는 것이다.

라디알(9)은 방사기판(2)에서 누설전계 및 자계를 방사할때 방사기판(2)의 모서리부분에서 발생하는 과잉전류를 감쇄시키는 것으로서, 이 라디알(9)은 다이폴(5)의 양측 끝부분에 상하방향으로 길게 돌출 형성하였다.

상기 라디알(9)에 의해 방사기판(2)의 모서리부분에서 발생하는 전류가 최소화됨에 따라 급전기판(3)과 방사기판(2)의 간격을 일정간격 이내로 줄여주더라도 상호간의 불요반사가 일어나지 않게되어 급전기판(2)과 방사기판(2)의 설치간격을 최소한으로 줄여줄 수 있게되는 것이다.

한편, 급전기판(3)의 저면에는 도 5 에 도시된 바와같이 그라운드부(8)가 형성된다.

이 그라운드부(8)는 상기 방사기판(2)과 연속적으로 전,자계를 반사하는 것이며, 이 그라운드부(8)의 중앙 양측으로는 일정크기의 비반사부(10)가 형성되어 있다.

상기 비반사부(10)는 그라운드부(8)와 방사기판(2) 사이에 전,자계 반사동작이 연속적으로 일어날때 급전선로(4)에서의 불요반사가 최소화되도록 하므로서, 급전선로(4)에서의 주파수응답 특성 변화가 최소화되도록 한 것이다.

본 발명에 적용된 급전기판(3)은 얇은 에폭시 기판으로 유전율이 약 4.5이고, 두께가 약 1.6mm로서 고주파에 사용하기 어렵고 유전율이 높아 안테나로 사용하기에는 손실이 크지만 중계기 내장 및 무선통신기 내장 또는 소형 중계기용 안테로서 사용되는 안테나는 급전선로의 길이가 파장 이하로 짧기 때문에 거의 무시할 수 있어 마이크로 스트립 적층 안테나에 적용이 가능해진 것이다.

상기 설명에서와 같이 본 발명은 안테나의 크기를 최대한 줄이면서 실제 무선통신에 사용가능한 이득, 패턴, 전후방비, 반사계수 등을 만족하도록 제작되었으며, 급전기판(3)과 방사기판(2)의 간격을 최소한으로 줄여줌에 다라 전체적인 안테나의 크기를 축소시킨 것이 큰 특징이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 방사기판을 소정의 유전율을 갖는 일정두께의 폼 상면에 부착하여 방사기판과 급전기판이 일정간격을 갖도록 하고, 급전기판상에는 급전선로를 통해 공급된 전류를 방사하는 다이폴과, 이 다이폴의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부와, 방사기판의 에지부분에서 발생하는 과잉전류를 감쇄시키기 위한 라디알을 다이폴의 양측으로 돌출 형성하므로서, 광대역화를 실현함과 동시에 크기와 두께를 현저히 감소시켜 중계기 내부 및 기타장비에 손쉽게 내장시킬 수 있도록 한 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나이다.

Claims (3)

1. 소정의 유전율을 갖는 폼(1)의 상면에 누설전계 및 자계를 형성하기 위한 방사기판(2)을 형성하고, 방사기판(2)이 형성된 폼(1)을 급전기판(3)의 상면에 장착하되, 상기 급전기판(3)의 상면에는 전류공급을 위한 급전선로(4)가 형성되고, 이 급전선로(4)를 통해 공급되는 전류로 필요한 전계강도의 신호를 방사하는 다이폴(5)이 상기 급전선로(4)를 중심으로 대칭되게 형성되며, 상기 급전선로(4)로 부터 다이폴(5)에 전류가 공급될때 까지의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부(6)가 급전선로(4)와 다이폴(5)의 사이에 테이퍼지게 형성되고, 다이폴(5)의 분기점에서 발생하는 임피던스 비매칭 현상을 조절하기 위한 반사판(7)이 양측의 다이폴(5)에 접하도록 그 상측에 형성되며, 급전기판(3)의 하면에는 그라운드부(8)가 형성된 것을 특징으로 하는 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방사기판(2)의 에지부분에서 발생하는 과잉전류를 감쇄시키기 위한 라디알(9)이 다이폴(5)의 양측으로 돌출형성된 것을 특징으로 하는 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 방사기판(2)과 그라운드부(8)간에 연속적으로 발생하는 전,자계 반사에 의한 입력급전선로(4)의 불요반사를 최소화하기 위해 그라운드부(8)의 중앙 양측에 비반사부(10)를 형성한 것을 특징으로 하는 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나.