KR20010000050A - Ceramic dielectric antenna attaching high permittivity material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이동체 통신 기기 등에 사용되는 유전체 세라믹 공진기 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고유전체를 부착한 유전체 세라믹 공진기 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to dielectric ceramic resonator antennas for use in mobile communication devices, and more particularly, to dielectric ceramic resonator antennas having high dielectric constants.
현재 이동통신 서비스를 위한 중계기 및 단말기용 안테나는 부피가 크고 외장형태로 사용되고 있기 때문에, 이를 해결하기 위해 세라믹 유전체를 이용한 안테나가 개발되고 있다. 그러나, 세라믹 유전체 안테나가 낮은 주파수(L-Band)를 사용하는 이동통신 서비스에 사용되기 위해서는 유전체의 비유전율을 높여야 하거나 비유전율을 그대로 하는 경우에는 부피를 늘려야한다. 전자의 경우와 같이 유전체의 비유전율을 높이게되면 대역폭이 현저하게 줄어드는 단점이 있으며, 후자의 경우와 같이 안테나의 부피가 증가하면 중계기와 단말기 전체에 대한 크기도 동시에 늘어나는 문제가 있다.At present, since antennas for repeaters and terminals for mobile communication services are bulky and used in an external form, antennas using ceramic dielectrics have been developed to solve this problem. However, in order for the ceramic dielectric antenna to be used in a mobile communication service using a low frequency (L-Band), the dielectric constant of the dielectric must be increased or the volume must be increased if the dielectric constant is maintained. As in the case of the former, when the dielectric constant of the dielectric is increased, the bandwidth is significantly reduced. As in the latter case, when the volume of the antenna is increased, the size of the repeater and the entire terminal is also increased at the same time.
1996년 11월 7일자로 출원한 특허출원 제 052492 호 및 제 052493 호에는 고유전율을 갖는 세라믹 유전체상에 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 형성하여 안테나 기능을 실현한 유전체 세라믹 패치 안테나가 개시되어 있다. 이들 특허에 개시된 유전체 세라믹 패치 안테나는 급전을 위한 구성으로 프로우브를 사용하며, 프로우브의 내심이 고유전체 세라믹 내부에 삽입되는 구성을 가지고 있다.Patent applications 052492 and 052493, filed November 7, 1996, disclose dielectric ceramic patch antennas in which a microstrip line is formed on a ceramic dielectric having a high dielectric constant to realize an antenna function. . The dielectric ceramic patch antennas disclosed in these patents use a probe as a configuration for feeding, and has a configuration in which the probe's inner core is inserted into a high dielectric ceramic.
다른 유형의 세라믹 유전체 안테나는 일본 무라타(Murata)사에서 출원한 일본 특허출원 평8-15710, 평6-16945 평6-184934, 평8-187423가 있다. 무라타사의 특허출원에 개시된 안테나는 세라믹 표면에 여러 가지 모양의 금속박막을 도포하여 공진 특성을 조절하며, 방사전극과 접지면사이에 가변용량 다이오드를 접속시켜 바이어스를 거는 급전법을 사용하고 있다.Other types of ceramic dielectric antennas are Japanese Patent Application Nos. Hei 8-15710, Hei 6-16945 Hei 6-184934, Hei 8-187423 filed by Murata, Japan. The antenna disclosed in Murata's patent application uses a feeding method for applying a bias by connecting a variable capacitance diode between a radiating electrode and a ground plane by applying various types of metal thin films on a ceramic surface to control resonance characteristics.
또 다른 유형의 세라믹 유전체 안테나는 일본 무라타(Murata)사에서 출원한 일본 특허출원 평8-149368가 있다. 이 출원에는 여러 유전체를 사용하여 다층구조로 만든 유전체 안테나가 개시되어 있다.Another type of ceramic dielectric antenna is Japanese Patent Application No. Hei 8-149368 filed by Murata, Japan. This application discloses a dielectric antenna made of a multilayer structure using several dielectrics.
그 외에, 개구(aperature)와 슬롯(slot)을 사용한 급전법과 프로우브를 사용한 급전법을 이용하여 안테나를 동작시키는 세라믹 유전체 안테나가 미국 특허 제 5,952,972 호(A. Petosa, A. Ittipiboon, Y.M.M Antar, D. Roscoe, et al, "Recent Advances in Dielectric-Resonator Antenna", IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 40, No. 3, June 1998 PP. 35-38 참조)와 미국특허 제 5,940,036 호에 개시되어 있다.In addition, ceramic dielectric antennas that operate the antenna using a feeding method using apertures and slots and a feeding method using probes are disclosed in US Pat. No. 5,952,972 (A. Petosa, A. Ittipiboon, YMM Antar, D. Roscoe, et al, "Recent Advances in Dielectric-Resonator Antenna", IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 40, No. 3, June 1998 pp. 35-38) and US Pat. No. 5,940,036. .
한편, Mongia가 제안한 세라믹 유전체 안테나는 프로우브를 사용하는 급전방식으로, 프로우브 내심이 유전체 세라믹 내부에 삽입되는 구성을 가지고 있으며, 유전체 표면의 한면 또는 두면을 금속으로 코팅하여 세라믹 유전체의 크기를 줄이고 있지만, 대역폭이 좁고 교차 분극(cross-polarization)의 정도가 큰 것으로 나타났다(R. K. Mongia "Reduced Size Metallized Dielectric Resonator Antennas", Antennas and Propagation Society International Symmposium, 1997 IEEE Digest, pp. 2202-2205)On the other hand, Mongia proposed ceramic dielectric antenna is a feeding method using a probe, the probe inner core is inserted into the dielectric ceramic, and one or two sides of the dielectric surface is coated with a metal to reduce the size of the ceramic dielectric However, the bandwidth was narrow and the degree of cross-polarization was high (RK Mongia "Reduced Size Metallized Dielectric Resonator Antennas", Antennas and Propagation Society International Symmposium, 1997 IEEE Digest, pp. 2202-2205)
상술한 종래기술의 안테나 구성에 있어서, 개구와 슬롯을 사용한 급전방식은 광대역특성을 가지는 안테나를 설계하는데 유리하지만, 사용 주파수가 낮아지면 급전선의 길이를 늘여야 하므로 안테나의 크기가 커진다는 문제가 있다. 그리고 개구와 슬롯의 크기, 사용기판의 특성에 따라 안테나의 공진특성이 달라지므로 설계시 어려움이 있고 사용기판에 따라서 제품의 생산가격이 상승할 수 있다는 문제가 있다.In the above-described antenna configuration of the prior art, a power feeding method using an opening and a slot is advantageous for designing an antenna having a wide band characteristic. However, when the frequency of use decreases, the length of the power feeding line must be increased, thereby increasing the size of the antenna. In addition, since the resonance characteristics of the antenna vary according to the size of the opening and the slot and the characteristics of the substrate, there is a difficulty in designing and the production price of the product may increase according to the substrate.
급전방식으로서 프로우브를 사용하는 안테나 구성은 유전체와 접하는 프로우브의 내심의 길이에 따라 공진특성이 민감하게 변화하는데 이를 해결하기 위해 내심의 길이를 조절하면서 최적의 공진상태를 만들어주어야 하므로 내심을 정밀하게 가공하여야 하는 어려움이 따른다.The antenna configuration using the probe as a power feeding method changes the resonance characteristic sensitively depending on the length of the inner core of the probe in contact with the dielectric. To solve this problem, the inner core length must be adjusted to create an optimal resonance state. It is difficult to process it.
또한 프로우브의 내심이 유전체내에 삽입되는 경우 유전체의 면에 구멍을 내는 작업이 필요하고 구멍의 크기에서 발생하는 오차와 온도변화에 따른 내심의 팽창과 수축에 따라서 내심과 유전체간에 발생하는 공극과 구멍의 위치가 세라믹 안테나의 공진특성에 치명적인 영향을 줄 뿐만 아니라 생산가격의 상승을 초래할 수 있다.In addition, when the inner core of the probe is inserted into the dielectric, it is necessary to make a hole in the surface of the dielectric, and the voids and holes generated between the inner core and the dielectric according to the error caused by the size of the hole and the expansion and contraction of the inner core due to temperature change. Not only does the position of s not only have a fatal effect on the resonance characteristics of the ceramic antenna, but it can also lead to an increase in production price.
하나의 유전체를 사용하는 세라믹 안테나의 구성에 있어서, 공진주파수를 변화시키는 방법으로는 유전체 표면상의 금속박막을 변화시키거나 크기를 조정하여, 방사유전체의 비유전율을 조정하는 정도이며, 여러 유전체를 사용하여 다층구조를 형성하는 안테나 구성은 공진주파수의 변화보다는 광대역 특성을 가지기 위한 목적으로 설계되는 것이다.In the construction of a ceramic antenna using a single dielectric, a method of changing the resonant frequency is to adjust the relative dielectric constant of the radiant dielectric by changing or resizing the metal thin film on the dielectric surface. Therefore, the antenna configuration forming the multilayer structure is designed for the purpose of having broadband characteristics rather than the change of the resonance frequency.
그러므로, 본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 종래의 방사유전체의 크기와 비유전율을 변화시키지 않고도 방사유전체의 한면 또는 양면에 두께가 얇은 고유전체를 부착시켜 공진주파수를 낮추면서 대역폭의 감소를 막아주는 세라믹 유전체 안테나 구조와 유전체와 콘넥터의 내심이 접하는 부분에 금속박막을 유전체 상에 입혀 급전하는 개선된 급전구조를 갖는 세라믹 유전체 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and by attaching a thin high-k dielectric on one or both sides of the radiation dielectric without changing the size and relative dielectric constant of the conventional dielectric, the bandwidth of the It is an object of the present invention to provide a ceramic dielectric antenna structure having a ceramic dielectric antenna structure that prevents reduction and an improved feeding structure that feeds a thin metal film onto the dielectric at a portion where the dielectric and the connector inner core contact.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유전체 공진기 안테나는: 개구를 가지고 있으며, 접지로서 사용되는 금속 기판; 상기 금속 기판의 개구를 통하여 관통되어 돌출하는 프로우브를 갖는 내심과 상기 내심을 둘러싸는 외심으로 구성된 에너지 급전용 커넥터; 상기 금속 기판상에 배치되는 유전체 공진기; 상기 금속 기판상에서 상기 돌출된 프로우브와 상기 유전체 공진기 사이에서 이들과 접촉하여 배치되는 유전체 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 한다.A dielectric resonator antenna according to the present invention for achieving the above object comprises: a metal substrate having an opening and used as ground; An energy feeding connector comprising an inner core having a probe penetrating through the opening of the metal substrate and an outer core surrounding the inner core; A dielectric resonator disposed on the metal substrate; And a dielectric ceramic disposed in contact with the protruded probe and the dielectric resonator on the metal substrate.
본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 공진기 안테나는: 개구를 가지고 있으며, 접지로서 사용되는 금속 기판; 상기 금속 기판의 개구를 통하여 관통되어 돌출하는 프로우브를 갖는 내심과 상기 내심을 둘러싸는 외심으로 구성된 에너지 급전용 커넥터; 상기 금속 기판상에 배치되는 유전체 공진기; 상기 금속 기판상에서 상기 유전체 공진기의 양측면에서 상기 유전체 공진기를 샌드위치 형상으로 마주하여 배치된 한쌍의 유전체 세라믹을 포함하며, 상기 한쌍의 유전체 세라믹중의 하나는 상기 금속 기판상에서 돌출된 상기 프로우브와 접하고 있는 것을 특징으로 한다.A dielectric resonator antenna according to another embodiment of the present invention includes: a metal substrate having an opening and used as ground; An energy feeding connector comprising an inner core having a probe penetrating through the opening of the metal substrate and an outer core surrounding the inner core; A dielectric resonator disposed on the metal substrate; A pair of dielectric ceramics disposed on the metal substrate so as to face the dielectric resonator in a sandwich shape on both sides of the dielectric resonator, one of the pair of dielectric ceramics being in contact with the probe protruding from the metal substrate; It is characterized by.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 공진기 안테나는: 개구를 가지고 있으며, 접지로서 사용되는 금속 기판; 상기 금속 기판의 개구를 통하여 관통되어 돌출하는 프로우브를 갖는 내심과 상기 내심을 둘러싸는 외심으로 구성된 에너지 급전용 커넥터; 상기 금속 기판상에 배치된 유전체 공진기로서, 상기 유전체 공진기의 일측면에는 금속물질이 도포되어 있으며, 상기 돌출된 프로우브는 상기 금속물질에 접하고 있으며; 상기 금속 기판상에서 상기 유전체 공진기의 타측면에 부착되어 있는 유전체 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 한다.A dielectric resonator antenna according to another embodiment of the present invention includes: a metal substrate having an opening and used as ground; An energy feeding connector comprising an inner core having a probe penetrating through the opening of the metal substrate and an outer core surrounding the inner core; A dielectric resonator disposed on the metal substrate, wherein a metal material is coated on one side of the dielectric resonator, and the protruding probe is in contact with the metal material; And a dielectric ceramic attached to the other side of the dielectric resonator on the metal substrate.
또한, 상술한 본 발명의 유전체 공진기 안테나들에 있어서, 상기 유전체 세라믹들은 상기 유전체 공진기의 유전율보다 높은 유전율을 갖는 것을 특징으로 한다.In the above-described dielectric resonator antennas of the present invention, the dielectric ceramics have a dielectric constant higher than that of the dielectric resonator.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따라서 구성된 유전체 세라믹 공진기 안테나의 사시도 및 단면도,1A and 1B are a perspective view and a cross-sectional view of a dielectric ceramic resonator antenna constructed in accordance with a first preferred embodiment of the present invention;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라서 구성된 유전체 세라믹 공진기 안테나의 사시도 및 단면도,2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view of a dielectric ceramic resonator antenna constructed in accordance with a second preferred embodiment of the present invention;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따라서 구성된 유전체 세라믹 공진기 안테나의 사시도 및 단면도,3A and 3B are a perspective view and a cross-sectional view of a dielectric ceramic resonator antenna constructed in accordance with a third preferred embodiment of the present invention;
도 4a는 본 발명의 제 1 실시예의 안테나 모델과 종래기술의 안테나 모델과의 특성을 비교한 그래프,Figure 4a is a graph comparing the characteristics of the antenna model of the first embodiment of the present invention and the conventional antenna model,
도 4b는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예의 안테나 모델과 종래기술의 안테나 모델과의 특성을 비교한 그래프.Figure 4b is a graph comparing the characteristics of the antenna model of the first and second embodiments of the present invention and the antenna model of the prior art.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
110 : 금속 기판 120 : 급전용 커넥터110: metal substrate 120: power supply connector
122 : 프로우브 내심 130 : 고정 부재122: probe inner core 130: fixed member
140 : 유전체 세라믹 공진기 150, 160 : 유전체 세라믹140: dielectric ceramic resonator 150, 160: dielectric ceramic
이하 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 상세히 설명될 것이며, 전체 도면에 있어서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하는 것으로 예시될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals throughout the drawings will be illustrated as referring to the same components.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따라 구성된 세라믹 공진기 안테나(100)의 사시도 및 단면도가 도시된다.1A and 1B, a perspective view and a cross-sectional view of a ceramic resonator antenna 100 constructed in accordance with one embodiment of the present invention is shown.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹 공진기 안테나(100)는 금속 기판(110), 급전용 커넥터(120), 고정 부재(130), 유전체 세라믹 공진기(140) 및 유전체 세라믹(150)을 포함한다.The ceramic resonator antenna 100 according to the first embodiment of the present invention includes a metal substrate 110, a power supply connector 120, a fixing member 130, a dielectric ceramic resonator 140, and a dielectric ceramic 150. .
금속 기판(110)은 세라믹 공진기 안테나(100)에서 접지면으로서 작용하며, 급전용 커넥터(120)를 수용하는 관통 개구(115)를 가지고 있다. 이와 달리, 금속 기판(110)은 부도체상에 금속박막을 도포한 구성을 가질 수도 있다.The metal substrate 110 serves as a ground plane in the ceramic resonator antenna 100 and has a through opening 115 for receiving the connector 120 for power feeding. Alternatively, the metal substrate 110 may have a configuration in which a metal thin film is coated on the insulator.
급전용 커넥터(120)는 그의 일측이 주파수 신호가 송수신되는 동축 케이블(도시안됨)에 연결되어 에너지를 급전하는 수단으로, 금속 기판(110)의 관통 개구(115)를 통하여 돌출하는 프로우브 내심(122)과 내심(122)을 둘러싸는 외심(124)으로 구성된다.The power supply connector 120 is a means for supplying energy by connecting one side thereof to a coaxial cable (not shown) through which a frequency signal is transmitted and received, and a probe inner core protruding through the through opening 115 of the metal substrate 110 ( 122 and an outer core 124 surrounding the inner core 122.
고정 부재(130)는 급전용 커넥터(120)의 프로우브 내심(122)을 둘러싸는 원통형 구성으로 관통 개구(115)의 크기와 동일하게 맞추어지는 외곽 크기를 가지고 있다. 따라서, 고정 부재(130)는 급전용 커넥터(120)가 금속 기판(110)의 관통 개구(115)에 삽입될 때, 금속 기판(110)과 동평면을 이루게 되며, 급전용 커넥터(120)의 프로우브(122)가 유동하지 않도록 한다. 이러한 고정부재(130)는 유전체로 구성된다.The fixing member 130 has an outer size that is equal to the size of the through opening 115 in a cylindrical configuration surrounding the probe inner core 122 of the power supply connector 120. Accordingly, the fixing member 130 is coplanar with the metal substrate 110 when the power supply connector 120 is inserted into the through opening 115 of the metal substrate 110. Probe 122 does not flow. The fixing member 130 is composed of a dielectric.
유전체 공진기(140)는 직사각형 또는 정사각형의 형상을 가지며 그의 일면(142)이 유전체 세라믹(150)과 부착되어 금속 기판(110)상에 배치된다. 유전체 공진기(140)는 급전용 커넥터(120)의 프로우브 내심(122)을 통하여 제공되는 에너지에 의해 발진됨으로써 필요로 하는 공진 주파수를 발생한다.The dielectric resonator 140 may have a rectangular or square shape and one surface 142 may be attached to the dielectric ceramic 150 and disposed on the metal substrate 110. The dielectric resonator 140 is oscillated by the energy provided through the probe inner core 122 of the power supply connector 120 to generate the required resonant frequency.
유전체 세라믹(150)은 유전체 세라믹 공진기(140)와 마찬가지로 직사각형 또는 정사각형의 형상을 가지고 금속 기판(110)상에 배치되어 있다. 또한 유전체 세라믹(150)은 유전체 세라믹 공진기(140)와 프로우브(122) 사이에서 샌드위치 형태로 배열되도록, 그의 일측면이 유전체 세라믹 공진기(140)의 일면(142)에 부착되고, 그의 타측면이 돌출된 프로우브(122)와 접촉하도록 배치된다. 유전체 세라믹(150)은 커넥터(120)를 통하여 에너지가 제공될 때 유전체 세라믹 공진기(140)과 함께 공진 구성을 이루게 되어 상술한 공진 주파수를 발생한다.Like the dielectric ceramic resonator 140, the dielectric ceramic 150 has a rectangular or square shape and is disposed on the metal substrate 110. In addition, one side of the dielectric ceramic 150 is attached to one surface 142 of the dielectric ceramic resonator 140 so that the dielectric ceramic 150 is arranged in a sandwich form between the dielectric ceramic resonator 140 and the probe 122, and the other side thereof is It is arranged to contact the protruding probe 122. The dielectric ceramic 150 forms a resonance configuration with the dielectric ceramic resonator 140 when energy is provided through the connector 120 to generate the aforementioned resonant frequency.
유전체 세라믹(150)과 고정부재(130)는 서로 동일한 유전율을 갖거나 또는 서로 상이한 유전율을 가지며, 유전체 세라믹(150)의 유전율은 유전체 세라믹 공진기(140)의 유전율보다 높은 물질로 구성된다.The dielectric ceramic 150 and the fixing member 130 have the same dielectric constant or have different dielectric constants, and the dielectric constant of the dielectric ceramic 150 is made of a material higher than that of the dielectric ceramic resonator 140.
본 발명에 따른 상술한 구성에 따라 커넥터(120)의 프로우브 내심(122)과 저유전율의 유전체 세라믹 공진기(140)간에 고유전율의 유전체 세라믹(150)이 삽입됨으로써 유전체 세라믹 공진기(140)가 단독으로 존재할 경우에 가지는 세라믹 공진기 안테나의 공진 주파수를 낮추면서 대역폭의 감소현상을 현저히 줄일 수 있다.According to the above-described configuration according to the present invention, the dielectric ceramic resonator 140 of the high dielectric constant is inserted between the probe inner core 122 of the connector 120 and the low dielectric constant dielectric ceramic resonator 140. In this case, the reduction of bandwidth can be significantly reduced while lowering the resonance frequency of the ceramic resonator antenna.
그 동작에 있어서, 먼저 본 발명의 안테나(100)에서 송신을 하는 경우, 커넥터(120)를 통하여 안테나로 사용되는 저유전율의 유전체 세라믹 공진기(140)와 고유전율의 유전체 세라믹(150)으로 전자계가 전달되고 유전체가 가지는 비유전율과 크기에 따라서 일정한 주파수에서 공진을 일으키게 되어, 커넥터(120)를 통하여 전달된 에너지가 외부로 최대로 방사된다. 이와 반대로, 안테나(100)가 외부의 전파를 수신하는 경우, 외부 전자파가 고유전율의 유전체 세라믹(150)과 유전체 공진기(140)로 침투하여 고유전율의 유전체 세라믹(150)과 유전체(140)내에 공진 조건을 만족하면 커넥터(120)를 통하여 공진 주파수 신호가 전달된다.In the operation, first, when transmitting from the antenna 100 of the present invention, a low-k dielectric ceramic resonator 140 and a high-k dielectric ceramic 150 used as an antenna through the connector 120, the electromagnetic field is Resonance is generated at a constant frequency according to the relative dielectric constant and size of the dielectric, and the energy transmitted through the connector 120 is radiated to the outside. On the contrary, when the antenna 100 receives an external radio wave, external electromagnetic waves penetrate into the high dielectric constant dielectric ceramic 150 and the dielectric resonator 140 and enter the high dielectric constant dielectric ceramic 150 and the dielectric 140. When the resonance condition is satisfied, the resonance frequency signal is transmitted through the connector 120.
이때, 저유전율의 유전체 세라믹 공진기(140)의 한면에 부착된 비율전율이 높은 유전체 세라믹(150)에 의해 유전체 세라믹 공진기(140)와 유전체 세라믹(150)에 의해 형성되는 공진 구성에서 공진을 일으키는 주파수가 낮아지게 한다. 물론, 유전체 세라믹(150)의 비유전율이 높고 두께가 두꺼울수록 주파수의 변화정도는 커질 것이다.At this time, a frequency causing resonance in a resonance structure formed by the dielectric ceramic resonator 140 and the dielectric ceramic 150 by the high dielectric constant 150 attached to one surface of the low dielectric constant dielectric ceramic resonator 140. To lower. Of course, the higher the dielectric constant of the dielectric ceramic 150 and the thicker the thickness, the greater the change in frequency.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유전체 세라믹 공진기 안테나(200)의 구성을 도시한다.2A and 2B show the configuration of the dielectric ceramic resonator antenna 200 according to the second embodiment of the present invention.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유전체 세라믹 공진기 안테나(200)의 구성에 있어서, 제 2 유전체 세라믹(160)이 제 1 유전체 세라믹(150)과 마주하는 유전체 세라믹 공진기(140)의 타측면(144)에 부착되어, 유전체 세라믹 공진기(140)가 제 1 및 제 2 유전체 세라믹(160)사이에서 샌드위치 형태로 접속되어 있는 것을 제외하고는 실질적으로 도 1에 도시된 제 1 실시예의 유전체 세라믹 공진기 안테나(100)의 구성과 동작은 동일하므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the structure of the dielectric ceramic resonator antenna 200 according to the second embodiment of the present invention, the second side of the dielectric ceramic resonator 140, the second dielectric ceramic 160 facing the first dielectric ceramic 150, 144. The dielectric ceramic resonator antenna of the first embodiment substantially as shown in FIG. 1 except that the dielectric ceramic resonator 140 is connected in a sandwich form between the first and second dielectric ceramics 160 Since the configuration and operation of 100) are the same, detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 제 2 실시예에 따라서 구성된 유전체 세라믹 공진기 안테나(200)에 있어서, 제 2 유전체 세라믹(160)은 세라믹 공진기(140)에 비하여 높은 유전율을 가지며, 고정부재(130)와 제 1 유전체 세라믹(150)과 동일하거나 또는 상이한 유전율을 갖는다.In the dielectric ceramic resonator antenna 200 constructed in accordance with the second embodiment of the present invention, the second dielectric ceramic 160 has a higher dielectric constant than the ceramic resonator 140, and the fixing member 130 and the first dielectric ceramic. Has a dielectric constant equal to or different from 150.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유전체 세라믹 공진기 안테나(300)의 구성을 도시한다.3A and 3B show the configuration of the dielectric ceramic resonator antenna 300 according to the third embodiment of the present invention.
본 발명의 제 3 실시예의 유전체 세라믹 공진기 안테나(300)는 도 2에 도시된 제 2 실시예의 유전체 세라믹 공진기 안테나에서 제 1 유전체 세라믹(150) 대신에 세라믹 공진기(140)의 일면(142)의 중심부에 실험을 통하여 최적의 공진조건을 만족하도록 적당한 너비와 길이를 갖는 금속박막(170)을 도포하고, 도포된 금속 박막(170)에 커넥터(120)의 내심(122)이 접촉하도록 구성된 것을 제외하고는 실질적으로 도 1 및 도 2에 도시된 제 1 및 제 2 실시예의 유전체 세라믹 공진기 안테나의 구성과 동작은 동일하므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.The dielectric ceramic resonator antenna 300 of the third embodiment of the present invention is the central portion of one surface 142 of the ceramic resonator 140 instead of the first dielectric ceramic 150 in the dielectric ceramic resonator antenna of the second embodiment shown in FIG. Except for applying the metal thin film 170 having a suitable width and length to satisfy the optimum resonance conditions through the experiment, the inner core 122 of the connector 120 in contact with the applied metal thin film 170. 1 is substantially the same in structure and operation of the dielectric ceramic resonator antennas of the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2, and thus a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 제 3 실시예에서, 금속박막(170)은 고정부재(130)의 외경보다 큰 경우에는 접지면으로 사용되는 금속기판(110)과 접촉하여 단락을 일으키므로, 고정부재(130)의 외경보다 적은 가로폭을 갖거나 또는 접지면으로 사용되는 금속기판(110)보다 높게 부착하여 도포되는 것이 바람직하다.In the third embodiment of the present invention, when the metal thin film 170 is larger than the outer diameter of the fixing member 130, the metal thin film 170 is in contact with the metal substrate 110 used as the ground plane, causing a short circuit. It is preferable to have a width smaller than the outer diameter or to apply higher than the metal substrate 110 used as the ground plane.
이러한 구성에 따르면, 커넥터(120)의 내심(122)의 길이, 위치 및 반경이 다소 변경되더라도 세라믹 유전체 안테나(300)의 공진특성에는 영향을 주지 않는다.According to this configuration, even if the length, position and radius of the inner core 122 of the connector 120 is slightly changed, the resonance characteristic of the ceramic dielectric antenna 300 is not affected.
하기 표 1은 도 1에 예시된 제 1 실시예에서 제 1 유전체 세라믹(150)의 두께를 변화시킬 때 공진주파수와 반사손실, 그리고 대역폭의 변화를 나타낸다. 하기 표에서, εlow는 유전체 공진기(140)의 유전율, εhigh는 제 1 유전체 세라믹(150)의 유전율, f0는 공진주파수, Δf0는 공진주파수의 변화폭을 나타내며, εlow=1.0 의 경우는 일반적인 안테나 모델의 유전체 공진기가 단독으로 접지(110)면상에 배치하여 안테나로서 동작하는 경우를 나타낸다.Table 1 below shows changes in resonance frequency, reflection loss, and bandwidth when the thickness of the first dielectric ceramic 150 is changed in the first embodiment illustrated in FIG. In the table below, ε low is the dielectric constant of the dielectric resonator 140, ε high is the dielectric constant of the first dielectric ceramic 150, f 0 is the resonance frequency, Δf 0 is the variation range of the resonance frequency, and ε low = 1.0 Denotes a case in which the dielectric resonator of the general antenna model is solely disposed on the ground 110 to operate as an antenna.
상기 표 1로부터 알수 있는 바와 같이, 제1 유전체 세라믹(150)의 두께가 증가할수록 공진주파수는 낮아지지만, 그 두께가 1.4mm 이상 되면서 대역폭이 현저하게 감소됨을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, as the thickness of the first dielectric ceramic 150 increases, the resonant frequency is lowered, but as the thickness becomes more than 1.4 mm, the bandwidth is significantly reduced.
한편, 도 4a는 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예의 안테나(실선으로 표시)와 종래기술의 M.Cooper의 안테나 모델(점선으로 표시)과를 비교한 그래프이며 εhigh는 38인 경우를 비교 하였다.On the other hand, Figure 4a is a graph comparing the antenna of the first embodiment of the present invention shown in Figure 1 (indicated by the solid line) and the conventional M.Cooper antenna model (indicated by the dotted line) and ε high is 38 Was compared.
도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 고유전율의 유전체 세라믹을 사용하지 않는 일반적인 안테나에 비하여 종래기술의 안테나 모델은 공진주파수가 5.32 GHz에서 4.60GHz로 감소되는 반면, 본 발명의 안테나 모델은 공진주파수가 5.32 GHz에서 4.82GHz로 감소됨을 알 수 있다. 비록 종래기술의 안테나 모델이 공진주파수의 감소변화정도가 본 발명의 모델에 비하여 크지만, 대역폭의 측면에서 면밀히 살펴볼 필요가 있는데, 대역폭은 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)〈2 정도에서 결정되고, 이를 반사 손실로 바꾸어보면 약 -10 dB 정도이고 -10dB 이하의 반사 손실을 만족하는 구간을 사용주파수 대역으로 보기 때문에 공진주파수의 변화정도가 4% 차이가 나는 반면 대역폭에서는 6%이상의 차이를 보이고 있으므로 공진주파수의 변화정도에서 보이는 차이는 무시될 수 있다.As can be seen in Figure 4a, the antenna model of the prior art compared with a conventional antenna that does not use a high-k dielectric ceramic ceramic, the resonant frequency is reduced from 5.32 GHz to 4.60 GHz, while the antenna model of the present invention is It can be seen that the decrease from 5.32 GHz to 4.82 GHz. Although the antenna model of the prior art has a large change in the resonant frequency compared with the model of the present invention, it is necessary to look closely at the bandwidth, and the bandwidth is determined at VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) <2, In terms of return loss, the range of about -10 dB and the return loss below -10 dB is regarded as the used frequency band, so the resonant frequency changes by 4%, while the bandwidth varies by 6% or more. The difference seen in the degree of change in frequency can be ignored.
따라서, 표 1에서도 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 모델의 대역폭은 εhigh이 38인 경우 24.1%로서 종래기술의 모델보다 2배 정도(즉, 12.3×2=24.6)의 광대역 특성을 가질 뿐만 아니라 고유전율의 유전체 세라믹을 사용하지 않는 일반 안테나 모델의 대역폭 14.2%를 능가하는 특성을 갖는다.Accordingly, as can be seen from Table 1, the bandwidth of the model of the present invention is 24.1% when ε high is 38, which is about twice as wide as that of the conventional model (that is, 12.3 × 2 = 24.6). It has the characteristic of exceeding 14.2% of bandwidth of general antenna model without using high dielectric constant ceramic.
표 2와 도 4b는 도 2 및 도 3에 도시된 실시예의 안테나와 관련하여 εhigh이 38이고, t가 1.4 그리고, t1이 0.7, t2가 0.7 이라는 동일 조건하에서 종래모델(실선 표시)과 본 발명의 제 1 실시예 모델(점선 표시) 및 제 2 실시예의 모델(쇄선 표시)간의 공진주파수, 반사손실 및 대역폭의 관계의 특성을 비교한 것이다.Table 2 and FIG. 4B show the conventional model (solid line display) under the same conditions that ε high is 38, t is 1.4, t1 is 0.7, and t2 is 0.7 with respect to the antenna of the embodiment shown in FIGS. The characteristics of the relationship between the resonance frequency, the reflection loss, and the bandwidth between the first embodiment model (dotted line display) and the second embodiment model (dashed line display) are compared.
이들 데이터로부터, 본 발명의 제 2 실시예의 안테나 모델은 타 모델들에 비하여 공진주파수의 변화정도가 4.10 GHz 로서 가장 크고 대역폭 역시 가장 크다는 것을 알 수 있다.From these data, it can be seen that the antenna model of the second embodiment of the present invention has the largest change in resonant frequency as 4.10 GHz and the largest bandwidth as compared with other models.
그러므로, 종래의 유전체보다 비유전율이 높은 유전체를 유전체 공진기의 한면 또는 양면에 부착시킴으로써 공진주파수를 쉽게 낮추면서 대역폭의 급격한 감소현상을 막을 수 있을 뿐만 아니라 부착된 유전체 세라믹의 비유전율에 따라서 공진점을 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 따라서, 세라믹 유전체를 사용한 안테나가 저주파수에서 사용할 경우에도 소형화가 가능하며 방사유전체상의 금속박막을 변화시켜 공진주파수를 낮추는 어려운 방법을 사용하지 않아도 된다. 또한 급전에 사용되는 커넥터의 내심이 종래기술에서와 같이 유전체 공진기의 내부를 관통하지 않고도 외부에서 접하는 구조를 가지므로 가공이 용이하고 제조비용을 절감할 수 있을 것이다.Therefore, by attaching a dielectric having a higher relative dielectric constant than one of the conventional dielectrics to one side or both sides of the dielectric resonator, it is possible to easily reduce the resonance frequency and to prevent a sudden decrease in bandwidth, and to provide a resonance point according to the relative dielectric constant of the attached dielectric ceramic. Can be moved to a location. Therefore, miniaturization is possible even when the antenna using the ceramic dielectric is used at a low frequency, and it is not necessary to use a difficult method of lowering the resonance frequency by changing the metal thin film on the radiation dielectric. In addition, since the inner core of the connector used for feeding has a structure in contact with the outside without penetrating the inside of the dielectric resonator as in the prior art, it will be easy to process and reduce the manufacturing cost.
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