KR20010032890A - 패치 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 λ파장의 파를 송신 및 수신하기 위한 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.

상기 안테나는 제1 절연판(10) 및 접지면을 형성하기 위해 상기 절연판에 적용되는 제1 메탈라이제이션(12); 제2 절연판(14) 및 제1 메탈라이제이션 보다 더 작은 치수를 나타내며 상기 제2 절연판에 적용되는 하나 이상의 제2 메탈라이제이션; 상기 제1 및 제2 메탈라이제이션에 연결되는 하나 이상의 피드라인(22); 상기 2개의 메탈라이제이션이 서로 마주보고 대향하도록 미리 정해진 상대 위치에 유지하기 위해, 상기 2개의 판과 고정되어 있는 스페이서(18, 20)를 포함한다.

Description

패치 안테나{PATCH ANTENNA}

마이크로스트립 안테나는 잘 알려져 있다. 상기 마이크로스트립 안테나는 접지면을 형성하는 제1 금속판과, 라디에이터(radiator) 패치를 구성하며 맞은편 접지면에 배치되는 하나 또는 그 이상의 금속판으로 대부분 구성된다. 상기 2개의 금속 판/패치 장치는 대부분 유전체(誘電體) 물질로 된 블록의 서로 마주보는 면들에 고정되어, 접지면과 라디에이터 패치(들) 간의 기계적인 연결을 더 확실하게 한다.

그러나, 이러한 장치는 많은 비용이 들게 될 수 있고, 특히 라디에이터 패치(들)가 비교적 넓은 표면적을 나타낼 때 고품질의 유전체 물질의 비용 상승으로 인해 많은 비용이 들게 될 수 있다.

이러한 단점을 극복하기 위해, 접지면과 라디에이터 패치 사이에 위치한 공기를 유전체로 사용하는 것이 제안되었다. 단일 라디에이터 패치의 경우, 접지면에 대하여 정확한 위치에 라디에이터 패치를 유지하면서 외부 응력을 견뎌낼 수 있는 상기 2개의 판사이의 기계적 연결을 확실하게 하는 것을 해결하지 못하는 한 상기 해법은 현재 시행하기 매우 어렵다. 상기 문제점은 복수개의 금속 패치를 구비하여만 하는 안테나의 라디에이터 부분의 경우 상기 복수개의 금속판이 동일한 평면에서 정확히 유지되어야 하기 때문에 더욱 복잡하게 된다.

본 발명은 100Mhz 내지 6Ghz에 이르며 3.5Ghz 주파수대, C 주파수대 및 S 주파수대에서 특히 뛰어난 송신 및 수신 특성을 나타내는 λ파장의 파를 송신하고 수신하기 위한 마이크로스트립(microstrip) 타입의 안테나에 관한 것이다.

도 1은 단지 하나의 방사 메탈라이제이션을 포함하는 경우인 안테나의 제1 실시예의 수직 단면도이며,

도 2는 접지면과 방사 메탈라이제이션 간의 전자기장의 전자기력선을 도시한 도 1의 상세도이고,

도 3은 상부판이 복수개의 방사 메탈라이제이션을 포함한 경우의 상부판의 저면도이며,

도 4는 복수개의 방사 메탈라이제이션을 포함하는 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나의 수직 단면도이고,

도 5는 방사 메탈라이제션을 포위하는 리세스의 다양한 실시예를 도시한 도 3의 부분도이다.

본 발명의 목적은 공기를 유전체 물질로 사용하는 동시에 전술한 단점을 특히, 안테나의 기계적 구조에 관련한 단점을 없앤 마이크로스트립 안테나를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 이를 위해 λ파장의 파를 송신 또는 수신하기 위한 마이크로스트립 안테나는,

- 제1 절연판 및 상기 제1 절연판의 일부를 덮어 접지면을 형성하는 상기 제1 절연판의 일면에 적용되는 제1 메탈라이제이션(metallization)과,

- 제2 절연판 및 상기 제2 절연판의 일면에 적용되고 상기 제1 메탈라이제이션 보다 작은 치수를 나타내는 제2 메탈라이제이션과,

- 상기 제1 및 제2 메탈라이제이션에 연결되는 하나 이상의 안테나 피드라인(feedline)과, 그리고,

- 상기 2개의 절연판을 미리 정해진 상대 위치에 유지하여 상기 2개의 메탈라이제이션이 서로 마주 보고 대향하도록 2개의 절연판과 고정된 스페이서 수단을 포함하며,

상기 제2 절연판은 상기 제2 메탈라이제이션을 λ/10과 실질적으로 동일한 두께로 전체적으로 포위하며 또 상기 제2 메탈라이제이션의 주변에 의해 생성되는 전자기장의 진폭이 최대인 영역과 상응하는 주변 영역을 포함하고, 상기 제2 절연판에는 상기 주변 영역의 일부분 이상에서 리세스와, 제2 메탈라이제이션을 지지하고 있는 상기 제2 절연판의 일부 및 그 나머지 부분 사이의 기계적 연결을 확실히 하기 위하여 상기 리세스를 분리하는 고체 부분이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

접지면 및 라디에이터 패치(들)는 양호한 기계 강도를 나타내는 절연 지지물 상에 배치되고, 또 전도판들은 서로 대향한다는 사실 때문에, 하나 또는 그 이상의 라디이에터 패치를 포함하며, 공기를 유전체로서 사용하고, 지지물로 사용하는 절연판을 통한 기계적인 연결의 용이성으로 인해 적합한 기계적인 구조를 나타내는 마이크로스트립 안테나가 획득된다.

또한, 후술되는 바와 같이, 라디에이터 패치(들)의 적어도 일부를 포위하는 판에서 리세스의 존재는 메탈라이제이션(들)의 방사 영역에서 생성되는 최대 전기장 영역에서 공기를 유전체로서 효과적으로 사용할 수 있게 한다. 이러한 방법으로, 안테나의 최적 기능이 획득된다.

본 발명의 실시예의 선호되는 형태에 의하면, 안테나의 제2 절연판에는 실질적으로 사각형 형태인 복수개의 제2 메탈라이제이션이 마련되고, 상기 메탈라이제이션은 연결부와 전기적으로 연결된다.

이 실시예에서는, 다양한 방사 메탈라이제이션의 존재로 인하여 안테나의 이득을 적합하게 적응시키는 것이 가능하고, 또한 리세스는 다양한 방사 메탈라이제이션간의 전기적 연결을 위한 수단의 어느 한 면에 배치된 주변 영역에서 마련된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 많은 예에 의해 주어지는 본 발명의 여러 실시예의 후술되는 설명을 통해 좀더 명백해 질 것이다.

도 1은 방사 부분이 단일 메탈라이제이션으로 구성되는 경우인 마이크로스트립 안테나의 제1 실시예를 도시한다.

상기 안테나는 인쇄 배선 회로 제작에 사용되는 타입의 절연 물질로 만들어지고, 충분한 기계적 특성을 나타내기 위해 그 두께가 0.8 내지 1.6인 것이 바람직한 제1 판(10)을 포함한다. 상기 판(10)의 상부면(10a)에는 안테나의 접지면을 구성하기 위해 구리 등의 메탈라이제이션(12)이 존재한다. 상기 메탈라이제이션(12)은 일반적으로 형태가 직사각형이다. 또한, 상기 안테나는 판(10)과 동일한 절연 물질로 만들어지고 그 두께가 판(10)의 두께와 동일한 규모인 제2 절연판(14)을 포함한다. 안테나 라디에이터 판(영국에서는 패치)을 구성하는 적합한 모든 기술에 의해서 하부면(14a)에는 메탈라이제이션(16)이 존재한다. 공지된 바와 같이, 메탈라이제이션(16) 또한 직사각형 형태이고, 치수는 안테나가 작동하는 주파수대에 적합하게 된다. 절연판(10 및 14)의 상기 부분(10a, 14a)에 고정되고 메탈라이제이션 되지 않는 스페이서(18 및 20)등은 2개의 절연판, 접지면(12) 및 라디에이터 패치(18)의 정확한 위치 설정을 확실하게 한다. 공지된 바와 같이, 안테나는 각각 라디에이터 패치(16) 및 접지면(12)에 연결되는 피드라인(22)에 의해 완전히 갖춰지게 된다. 또한, 상기 절연판(14)은 메탈라이제이션(16)에 의해 덮인 절연판의 부분을 포위하는 주변 영역에 배치되는 리세스(24 및 26)등에 마련되며, 그 이유는 도 2를 참조하여 설명된다.

도 2에는 절연판(10), 메탈라이제이션(12), 절연판(14) 및 라디에이터 패치를 형성하는 메탈라이제이션(16)이 도시되어있다. 이 확대도는 전도판(12 및 16) 간의 대향하는 부분에서 발생되는 전자기장(30)의 전자기력선 뿐만 아니라 메탈라이제이션(16)의 주변(16a)에서 순환하는 전류에 의해 생성되는 전자기장(32)의 전자기력선을 도시한다. 도시된 바와 같이, 첫째로 상기 주변(16a)에서 생성되는 최대 전자기장 영역의 전자기력선은 절연 지지부(14)를 향하게 된다. 상기 절연 지지부(14) 비용 절감을 위해 보통의 유전체 특성을 갖는 물질로 제작되기 때문에, 안테나의 품질이 저하된다. 이 때문에, 리세스(24, 26)가 메탈라이제이션(16) 주위에 만들어지고, 이는 이하에 더 자세히 설명될 것이다. 이러한 방법으로, 메탈라이제이션(16)의 주변에서 나오는 전자기장의 전자기력선은 상기 전도판(12, 16) 사이의 유전체 또한 공기로 구성되는 경우에 리세스(24, 26)를 가로지른다. 따라서, 매우 뛰어난 품질을 나타내는 안테나가 획득된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 안테나의 방사 부분이 2개의 메탈라이제이션(각각 34 및 36으로 참조되어 있는)으로 구성된 안테나의 제2 실시예가 설명된다. 공지된 바와 같이, 상기 2개의 메탈라이제이션은 실질적으로 정사각형 형태이고, 그 측부는 안테나가 작동하는 파장인 λ, λ/2에 상응한다. 상기 2개의 메탈라이제이션(34, 36)은 둘간의 전기적 연결을 확실하게 하는 전기 연결부(38)에 의해 전기적으로 같이 연결되어있다. 폭 h가 실질적으로 λ/10과 동일한 소위 주변 영역(40)은 메탈라이제이션(34, 36) 주위뿐만 아니라 연결부(38)의 각 측부에서 그 경계가 정해진다. 리세스(24 및 26 등)는 주변 영역(40)내에서 형성된다. 물론, 상기 리레스는 메탈라이제이션이 적용되는 절연판(14)의 부분과, 스페이서(18, 20)가 고정되어 있는 상기 판의 나머지 부분 사이에 충분한 기계적 연결을 확실하게 함에도 불구하고 주변 영역(40)에서 가능한 가장 높은 비율을 차지해야만 한다. 우선 절연판을 구성하는 물질은 반드시 전자기장의 진폭이 최대가 되는 곳에서 제거돼야만 한다.

상기 주변 영역(4)에서 리세스의 고비율과 상기 영역 내에서 유지되어야 하는 기계적 강도 사이를 절충하기 위해, 리세스의 밀도는 최대 자기장이 나타나는 곳에 상응하는 전도판(34, 36)의 모서리를 따라 증가되며, 다른 모서리 및 전기 연결부(38)의 모서리를 따라서는 감소된다. 예를 들어, 도 3의 경우 전도판의 전체 폭에 상응하는 슬롯(42, 44a, 44b, 46a, 44b 및 48)들이 주변 영역(40)에 마련된다. 또 한편으로는, 2개의 각 메탈라이제이션의 나머지 2개의 모서리에는, 상기 절연판 전체의 기계적 연결을 확실하게 하는 절연 물질(52) 부분에 의해 분리되고 따로따로 일정 간격을 두고 배치되며 예를 들어 원형인 리세스(50)등이 간단히 마련된다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 각각 접지면(12)을 메탈라이제이션(34, 36)의 각 중심에 연결하는 단락 선로(51 및 53 등)를 마련하는 것이 좋다. 이러한 방법으로, 안테나의 안전도를 향상시키는 라디에이터 패치(34, 36)의 각 중심에 실질적인 0전위가 설정된다.

도 5는 주변 영역(40)내에서의 리세스의 다양한 실시예를 도시한다. 이 도면은 전기 연결부(38)의 시작부와 메탈라이제이션(34)을 간단히 보여준다. 최대 전자기장에 상응하는 주변 영역(40)의 부분에서는, 서로 매우 근접해 있으며 예를 들어 환형인 리세스(54)가 발견되는데 반하여, 판의 나머지 두 모서리를 따라서는, 전체적인 기계적인 강도를 특별히 획득하기 위해 서로간의 간격이 더 넓게 배치된 마찬가지로 환형인 리세스(56)가 발견된다.

전기적으로 같이 연결되어있는 2개 이상의 전도판으로 안테나의 방사 부분이 구성되는 것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않음은 말할 나위가 없다. 안테나의 방사 부분을 형성하는 전도판이 전기적으로 연결되는 것이 아니라, 각각 안테나 선(22)등에 포함되는 것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 끝으로, 방사 전도체 요소 주위의 진공 정도와 충분한 기계적 강도 모두를 획득하기 위해서, 기본 리레스(54 또는 56)의 치수 또한 조정할 수 있다는 것도 유의되어져야 한다.

전술한 설명에서는, 방사판은 유사하게 정사각형 또는 직사각형의 형태이다. 그러나, 상기 메탈라이제이션이 원형, 다각형 등의 형태를 갖는 것이 본 발명의 범위를 벗어나지 않음은 말할 나위가 없다.

Claims (6)

1. λ파장의 파를 송신 또는 수신하기 위한 마이크로스트립 안테나로서,

   - 제1 절연판 및 상기 제1 절연판의 일부를 덮어 접지면을 형성하는 상기 제1 절연판의 일면에 적용되는 제1 메탈라이제이션과,

   - 제2 절연판 및 상기 제2 절연판의 일면에 적용되고 상기 제1 메탈라이제이션 보다 작은 치수를 나타내는 제2 메탈라이제이션과,

   - 상기 제1 및 제2 메탈라이제이션에 연결되는 하나 이상의 안테나 피드라인(feedline)과, 그리고,

   - 상기 2개의 절연판을 미리 정해진 상대 위치에 유지하여 상기 2개의 메탈라이제이션이 서로 마주 보고 대향하도록 2개의 절연판과 고정된 스페이서 수단을 포함하며,

   상기 제2 절연판은 상기 제2 메탈라이제이션을 λ/10과 실질적으로 동일한 두께로 전체적으로 포위하며 또 상기 제2 메탈라이제이션의 주변에 의해 생성되는 전자기장의 진폭이 최대인 영역과 상응하는 주변 영역을 포함하고, 상기 제2 절연판에는 상기 주변 영역의 일부분 이상에서 리세스와, 제2 메탈라이제이션을 지지하고 있는 상기 제2 절연판의 일부 및 그 나머지 부분 사이의 기계적 연결을 확실히 하기 위하여 상기 리세스를 분리하는 고체 부분이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 절연판에는 실질적으로 직사각형 형태인 복수개의 제2 메탈라이제이션이 마련되고, 상기 메탈라이제이션은 연결부를 형성하는 피드라인에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
3. 제4항에 있어서, 각 제2 메탈라이제이션은 실질적으로 주변 영역으로 포위되고, 각 연결부는 상기 주변 영역과 각 주변 영역의 적어도 일부에 배열되는 리세스에 의해 경계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
4. 제2항에 있어서, 각 제2 메탈라이제이션에서 리세스는 동일한 메탈라이제이션의 2개의 평행한 측부의 전체 길이에 걸쳐 배열된 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
5. 제1항 내지 제4항에 있어서, 상기 리세스는 환형 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
6. 제1항 내지 제5항에 있어서, 상기 리세스는 단락 선로를 구비하며, 각 단락 선로는 상기 제1 메탈라이제이션을 상기 제2 메탈라이제이션의 중심으로 연결하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.