KR20000024634A - Ultra-thin wideband micro strip patch antennas - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나에 관한 것으로서, 특히 방사기판을 소정의 유전율을 갖는 일정두께의 폼 상면에 부착하여 방사기판과 급전기판이 최소한의 간격을 갖도록 하고, 급전기판상에는 급전선로를 통해 공급된 전류를 방사하는 복수개의 방사부와, 이 방사부의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부와, 안테나의 이득을 높이기 위한 비선형 슬롯부를 형성하므로서, 급전기판의 면적을 최대한 활용할 수 있고, 광대역화를 실현함과 동시에 크기와 두께를 현저히 감소시켜 중계기 내부 및 기타장비에 손쉽게 내장시킬 수 있도록 한 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-thin wideband microstrip multilayer antenna, and in particular, the radiating substrate is attached to a top surface of a predetermined thickness having a predetermined dielectric constant so that the radiating substrate and the feeding plate have a minimum distance, and the feeding line is provided on the feeding plate through a feeding line. A plurality of radiators radiating the supplied current, an impedance converter for controlling the input reflection coefficient of the radiators, and a nonlinear slot portion for increasing the gain of the antenna can be utilized to maximize the area of the feeder plate and The present invention relates to an ultra-thin wideband microstrip multilayer antenna that can be easily integrated into a repeater and other equipment by simultaneously reducing its size and thickness.
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.In general, an antenna is used to transmit and receive a signal of electric field strength required by subscribers within a cell radius in a cellular mobile communication base station, and is used as an air interface means used to transmit and receive signals to and from a base station. It is becoming. In addition, radio shade areas such as underground parking lots, subways, and offices in high-rise buildings are used for air interfaces of repeaters.
상기와같이 이동통신 혹은 무선통신에는 다이폴 안테나, 야기안테나, 미아크로 스트립 안테나등이 주로 쓰이고 있다.As described above, a dipole antenna, a yagi antenna, a micro strip antenna, etc. are mainly used in mobile communication or wireless communication.
상기 다이폴 안테나는 반파장 길이의 공진형 안테나로서 도우넛 형태의 전방향 복사특성을 지니고 있어 셀룰러 통신의 가입자 단말기용 안테나와 소형 중계기의 서비스 안테나로 주로 사용된다.The dipole antenna is a half-wavelength resonant antenna having a donut-type omnidirectional radiation characteristic and is mainly used as a subscriber antenna of cellular communication and a service antenna of a small repeater.
또, 상기 야기 안테나는 다이폴 안테나를 길이방향으로 여러개 중첩시켜 지향성을 높인 예로서, 소형 중계기의 조너 안테나에 주로 사용된다.In addition, the yagi antenna is an example in which a plurality of dipole antennas are overlapped in the longitudinal direction to increase directivity, and is mainly used for a zonal antenna of a small repeater.
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.The microstrip antenna includes a personal mobile communication service including a cellular phone and a personal communication service (PCS), a wireless local looped service, a future public land mobile telecommunication system, and satellite communication. Used for wireless communication, it is mainly used for transmitting and receiving signals between a base station and a user terminal.
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.1 is a view illustrating a conventional microstrip stacked antenna, and an antenna configured to radiate radio waves through a half-wavelength patch 32 implemented by an etching method on a high frequency substrate 31. It can be attached to corridors and walls of radio shade areas such as underground parking lots or high-rise buildings.
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.However, the conventional microstrip multilayer antenna has a disadvantage that its fundamental property is a resonant antenna, which has a very narrow frequency bandwidth of less than several percent and a low radiation gain, so that it can be implemented only on a high frequency substrate to overcome this problem. In addition, the gain is very low, such as 0 ~ 4dBi, so in order to obtain more gain, the number and thickness of the antenna must be arrayed or stacked, so the size and thickness of the antenna must be increased, and for this reason, it is embedded in a general personal handheld repeater antenna and wireless communication equipment. This difficult problem occurred, and as the volume increased, it was difficult to attach to corridors or walls of subways, underground buildings, and radio shade areas.
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 복수개의 방사부와, 이 방사부의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부와, 안테나의 이득을 높이기 위한 비선형 슬롯부를 형성하므로서, 급전기판의 면적을 최대한 활용할 수 있고, 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.Accordingly, the present invention for solving the above problems by attaching the radiation substrate to the upper surface of the predetermined thickness of the foam having a predetermined dielectric constant so that the radiation substrate and the feeder plate has a predetermined interval, the current supplied through the feeder line on the feeder plate A plurality of radiating radiating parts, an impedance converting part for controlling the input reflection coefficient of the radiating part, and a non-linear slot part for increasing the gain of the antenna can be formed, so that the area of the feeder board can be utilized to the maximum, thereby achieving wider bandwidth. At the same time, the aim is to provide an ultra-thin wideband microstrip multilayer antenna that can be significantly reduced in size and thickness and easily incorporated into repeaters and other equipment.
상기 목적달성을 위한 본 발명의 특징은,Features of the present invention for achieving the above object,
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 방사부가 상기 급전선로의 앞쪽에 2개부분으로 나뉘어 일정크기로 형성되고, 상기 급전선로로 부터 방사부에 전류가 공급될때 까지의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부가 급전선로와 방사부의 사이에 테이퍼지게 형성되고, 안테나의 이득을 높이기 위해 2개의 방사부 사이에 슬롯부를 형성한 것을 특징으로 한다.A radiating substrate for forming a leakage field and a magnetic field is formed on the upper surface of the foam having a predetermined dielectric constant, and a foamed board is formed on the upper surface of the feeder board, and a feed line for supplying current is formed on the upper surface of the feeder board. And a radiating part which emits a signal of the required electric field strength by the current supplied through the feed line is divided into two parts in front of the feed line, and is formed in a certain size, and when a current is supplied to the radiating part from the feed line. The impedance conversion unit for controlling the input reflection coefficient up to is tapered between the feed line and the radiator, characterized in that the slot portion formed between the two radiators to increase the gain of the antenna.
그리고, 상기 슬롯부는 급전기판의 면적을 최대한으로 넓게 활용할 수 있도록 하기위해 비선형적으로 형성한 것을 특징으로 한다.And, the slot portion is characterized in that it is formed in a non-linear in order to utilize the area of the feeder plate as wide as possible.
도 1 은 종래의 마이크로 스트립 안테나를 보인 사시도.1 is a perspective view showing a conventional microstrip antenna.
도 2 는 본 발명의 마이크로 스트립 적층 안테나를 보인 사시도.Figure 2 is a perspective view of a microstrip laminated antenna of the present invention.
도 3 은 본 발명에 적용된 급전기판의 상면을 보인 평면도.Figure 3 is a plan view showing a top surface of the feeder plate applied to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 폼, 2: 방사기판,1: foam, 2: spinning board,
3: 급전기판, 4: 급전선로,3: feeder plate, 4: feeder line,
5: 임피던스변환부, 6: 슬롯부,5: impedance converter, 6: slot,
7: 방사부,7: radiator,
이하, 첨부된 도면 도 2 와 도 3 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, FIGS. 2 and 3.
상기 도면에 의하면 본 발명은 폼(1), 방사기판(2), 급전기판(3)으로 대별 구성된다.According to the drawings, the present invention is roughly composed of a foam 1, a radiating substrate 2, and a power feeding plate 3.
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.The foam (1) is to maintain the radiating substrate 2 and the feeder plate 3 at a constant interval, the foam (1) is formed of a material having a predetermined dielectric constant by the radiation substrate (2) and the feeder plate ( The spacing of 3) can be reduced to a minimum.
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.The top surface of the foam (1) is attached to the radiation substrate 2 for radiating a leakage electric field and magnetic field, and attaching the foam (1) in the state that the radiation substrate 2 is attached to the top surface of the feeder plate (3) do.
급전기판(3)의 상면에는 급전선로(4), 임피던스 변환부(5), 슬롯부(6), 방사부(7a)(7b)이 형성되는데, 이러한 구성요소들은 포토에칭 기법에 의해 형성된다.On the upper surface of the feeder plate 3, a feed line 4, an impedance converter 5, a slot 6, and a radiating portion 7a, 7b are formed, and these components are formed by a photoetching technique. .
상기 급전선로(4)는 콘넥터를 통해 공급되는 전류를 방사용 방사부(7a,7b)로 공급하는 것으로서, 급전기판(3)의 상면 일측으로 부터 좁고 길게 형성되며, 그 연장부가 양측으로 분기되어 급전기판(3)의 양측 외각부분을 통해 길게 형성되도록 하였으며, 급전기판(3)의 상측으로 폼(1)이 부착되더라도 이 급전선로(4)의 일부분이 노출되도록 하였다.The feed line 4 is to supply the current supplied through the connector to the radiating radiating portion (7a, 7b), is formed narrow and long from one side of the upper surface of the feeder plate 3, the extension is branched to both sides Both sides of the feeder plate 3 are formed to be formed long, and even if the foam 1 is attached to the upper side of the feeder plate 3, a part of the feeder line 4 is exposed.
도면부호 4a는 튜닝 스터브이다.Reference numeral 4a denotes a tuning stub.
방사부(7a)(7b)는 급전선로(4)를 통해 공급되는 전류로서 방사하여 방사기판(2)에 전,자계를 유기시켜주는 것으로서, 도 3 에 도시된 바와같이 급전선로(4)의 앞쪽에 2개부분으로 나뉘어지도록 한다.The radiating portions 7a and 7b radiate as electric current supplied through the feed line 4 to induce electric and magnetic fields on the radiating substrate 2, as shown in FIG. It is divided into two parts at the front.
이 방사부(7a)(7b)의 상단으로 폼(1)이 부착되면서 방사부(7a)(7b)에서 방사되는 전,자계가 방사기판(2)에 유기되어 대기상에 다시 방사되므로 마이크로스트립 적층 안테나의 이득을 극대화시킬 수 있다.As the foam 1 is attached to the top of the radiating portions 7a and 7b, the electric and magnetic fields radiated from the radiating portions 7a and 7b are induced on the radiating substrate 2 and radiated back to the atmosphere. The gain of the stacked antenna can be maximized.
또한, 마이크로스트립 적층 안테나의 이득을 극대화시키기위한 방편으로서 방사부(7a)(7b)의 사이에 슬롯부(6)를 형성하였다.In addition, the slot portion 6 was formed between the radiating portions 7a and 7b as a means for maximizing the gain of the microstrip multilayer antenna.
이 슬롯부(6)는 도 3 에 도시된 바와같이 비선형적으로 형성하는 것이 바람직하며, 그 이유는 급전기판(3)의 면적을 최대한 활용하기 위함이다.This slot portion 6 is preferably formed non-linearly, as shown in Fig. 3, for the purpose of maximizing the area of the feeder plate 3.
상기 슬롯부(6)로서 급전부 전체 패턴형태의 크기와 모양을 비선형적으로 분할함에 따라 소정의 주파수 공진효과를 얻을 수 있고, 상기 패턴에 대한 비선형 분할시 급전선로(4)와 방사부(7a)(7b)사이의 모든 비패턴 간격들을 각각의 방사 및 1차 전계유기를 위한 주파수 결정 및 방사전계 결정을 용이하게 할 수 있다.As the slot portion 6 divides the size and shape of the entire feeding pattern into a non-linear shape, a predetermined frequency resonance effect can be obtained, and the feed line 4 and the radiating portion 7a can be obtained when the non-linear splitting is performed on the pattern. All non-pattern spacings between 7b may facilitate frequency determination and radiofield determination for each radiation and primary fieldorganism.
임피던스 변환부(5)는 급전선로(4)로 부터 방사부(7)로 전류가 공급되기까지 입력반사계수를 조절해주기 위한 것으로서, 급전선로(4)와 방사부(7)의 연결부위에 테이퍼지게 형성되며, 또한 방사부(7)와 급전선로(4)의 연결부분에 테이퍼지게 각각 형성된다.Impedance converter (5) is to adjust the input reflection coefficient from the feed line (4) until the current is supplied to the radiator (7), taper at the connection portion of the feed line (4) and the radiator (7) It is formed in a fork, and is also tapered at the connection portion of the radiating portion 7 and the feed line (4), respectively.
즉, 상기 임피던스 변환부(5)는 급전선로(4)와 방사부(7)간의 임피던스를 매칭시켜줌에 따라 방사부(7)의 방사손실을 감소시키는 것이다.In other words, the impedance converter 5 reduces the radiation loss of the radiator 7 by matching the impedance between the feed line 4 and the radiator 7.
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.The feeder plate 3 applied to the present invention is a thin epoxy substrate having a dielectric constant of about 4.5, a thickness of about 1.6 mm, which is difficult to use at high frequency and has a high dielectric constant, so that the loss is large for use as an antenna, but a built-in repeater and a built-in wireless communication device are small. The antenna used as an antenna for a repeater is almost negligible because the length of the feed line is shorter than the wavelength, so that the antenna can be applied to a microstrip multilayer antenna.
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.As described in the above description, the present invention is designed to satisfy gains, patterns, front and rear ratios, reflection coefficients, etc. that can be used in actual wireless communication while reducing the size of the antenna as much as possible, and the gap between the power feeding plate 3 and the radiating substrate 2. The main feature is that the size of the overall antenna is reduced as it is reduced to a minimum.
또한, 2개의 방사부(7a)(7b) 사이에 비선형적으로 형성된 슬롯부(6)를 형성하므로서, 급전기판(3)의 면적을 최대한 활용할 수 있게됨에 따라 전체적인 안테나의 크기를 종전보다 월등히 작게 제작할 수 있음은 물론 전체적인 안테나의 이득을 극대화할 수 있도록 한 것이다.In addition, by forming the slot portion 6 formed non-linearly between the two radiating portions (7a) (7b), it is possible to maximize the area of the feeder plate (3), the overall size of the antenna is significantly smaller than before It is possible to manufacture as well as to maximize the overall antenna gain.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 방사기판을 소정의 유전율을 갖는 일정두께의 폼 상면에 부착하여 방사기판과 급전기판이 일정간격을 갖도록 하고, 급전기판상에는 급전선로를 통해 공급된 전류를 방사하는 복수개의 방사부와, 이 방사부의 입력반사계수를 제어하기 위한 임피던스 변환부와, 안테나의 이득을 높이기 위한 비선형 슬롯부를 형성하므로서, 급전기판의 면적을 최대한 활용할 수 있고, 광대역화를 실현함과 동시에 크기와 두께를 현저히 감소시켜 중계기 내부 및 기타장비에 손쉽게 내장시킬 수 있도록 한 초박형 광대역 마이크로 스트립 적층 안테나를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.As described above, in the present invention, the radiating substrate is attached to the upper surface of the foam having a predetermined dielectric constant so that the radiating substrate and the feeding plate have a predetermined interval, and the plurality of radiating currents supplied through the feeding line on the feeding plate. Two radiating sections, an impedance converting section for controlling the input reflection coefficient of the radiating section, and a non-linear slot section for increasing the gain of the antenna, thereby maximizing the area of the feeder plate and achieving a wider bandwidth It can be expected to provide an ultra-thin wideband microstrip stacked antenna that can be significantly reduced in thickness and thickness and easily incorporated into repeaters and other equipment.
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