KR20010046037A - 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 및 그를 이용한마이크로스트립 안테나 적층 방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 및 그를 이용한 마이크로스트립 안테나 적층 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)상의 비아홀(Via-hole) 제작 공정을 이용하여 캐비티(Cavity)를 구현하는 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 및 그를 이용한 마이크로스트립 안테나 적층 방법을 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은, 인쇄회로기판에 배열되는 다수의 마이크로스트립 안테나 소자; 및 전자기파에 대해 도체 특성을 가지며 상기 마이크로스트립 안테나 소자의 둘레에 소정 간격을 가지고 위치하여 캐비티(Cavity)를 만들어주는 다수의 비아홀을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 마이크로스트립 안테나에 이용됨.
Description
본 발명은 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 및 그를 이용한 마이크로스트립 안테나 적층 방법에 관한 것으로, 특히 마이크로스트립 안테나를 위상배열 안테나로 사용할 경우에 마이크로스트립 사이의 상호 결합으로 발생하는 안테나 빔 스캔 특성의 열화 및 스캔-블라인드니스(Scan-blindness) 현상을 제거한 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 및 그를 이용한 마이크로스트립 안테나 적층 방법에 관한 것이다.
마이크로스트립 안테나에는 패치 안테나, 슬롯(Slot) 안테나 및 다이폴(Dipole) 안테나 등 다양한 형태의 마이크로스트립 안테나가 있는데, 여기서는 마이크로스트립 패치 안테나를 예로 들어 설명한다. 특히, 위상배열 안테나용 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 예로 들어 설명한다.
마이크로스트립 패치 배열 안테나(Microstrip Patch Array Antenna)는 가볍고, 표면 장착성이 뛰어나 위상배열 안테나(Phased Array Antenna)에 많이 응용되고 있다.
그러나, 일반적인 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 위상배열 안테나로 사용할 경우, 안테나 빔 스캔(Scan) 특성이 상당히 열화되며 최악의 경우는 일정 스캔 각도에서 안테나 빔이 완전히 소멸되는 스캔-블라인드니스(Scan-blindness) 현상까지 보이는 문제점이 있었다. 이는 마이크로스트립 패치 사이의 상호 결합(Mutual Coupling)이 주원인으로서, 이를 개선하고자 하는 노력으로 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나가 고안되었다.
도 1a 및 도 1b 는 종래의 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나의 구성예시도이다.
도 1a 는 종래의 캐비티-백(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나의 평면예시도로서, 마이크로스트립 패치(Microstrip Patch, 101), 인쇄회로기판 기층(PCB Substrate, 102) 및 도체(Metal, 103)가 있음을 알 수 있다.
도 1b 는 종래의 캐비티-백(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나의 단면예시도로서, 마이크로스트립 패치(Microstrip Patch, 101), 도체(Metal, 103), 캐비티(Cavity, 104), 프로브(Probe, 105) 및 컨넥터(Connector, 106)가 있음을 알 수 있다.
캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나는 각각의 마이크로스트립 패치(101) 사이를 도체(102)로 격리시킨 구조로서, 상호 결합이 제거되므로 안테나 빔 스캔 특성이 안정화되고, 스캔-블라인드니스(Scan-blindness) 현상이 나타나지 않는다. 그러나, 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나 구조는 제작 가격이 높고, 조립 공정이 까다로운 문제점이 있었다.
종래의 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 제작 및 조립을 위해서는 상기한 바와 같이 많은 비용과 까다로운 공정을 필요로 하는데, 우선 캐비티(Cavity)를 정밀하게 구현하기 위하여 도체 기구를 정밀 가공하여야 하며, 다수의 인쇄회로기판(PCB)상의 마이크로스트립 패치 안테나를 정교하게 절단해야 한다. 또한, 절단된 다수의 마이크로스트립 패치 인쇄회로기판을 캐비티(Cavity)에 물리, 화학적으로 견고하게 부착(Hermetic Sealing)시켜야 하는 문제점이 있었다. .
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)상의 비아홀(Via-hole) 제작 공정을 이용하여 캐비티(Cavity)를 구현하는 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나를 적층하는 방법을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b 는 종래의 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나의 구성예시도.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명에 따른 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나에 일실시예 구성도.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 적층에 대한 일실시예 설명도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
201 : 마이크로스트립 패치 202 : 인쇄회로기판 기층
203 : 비아홀 204 : 그라운드
205 : 도체 206 : 캐비티
207 : 프로브 208 : 컨넥터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)에 구현되는 마이크로스트립 안테나에 있어서, 상기 인쇄회로기판에 배열되는 다수의 마이크로스트립 안테나 소자; 및 전자기파에 대해 도체 특성을 가지며 상기 마이크로스트립 안테나 소자의 둘레에 소정 간격을 가지고 위치하여 캐비티(Cavity)를 만들어주는 다수의 비아홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 적층 방법에 있어서, 상기 마이크로스트립 안테나가 구현되는 다수의 인쇄회로기판 사이를 구멍 뚫린 도체층으로 분리시키는 제 1 단계; 및 각각의 상기 인쇄회로기판은 상기 마이크로스트립 안테나 소자의 둘레에 소정 간격을 가지는 도체 특성의 비아홀로 캐비티(Cavity)를 형성하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명에 따른 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나에 일실시예 구성도이다.
도 2a 는 본 발명에 따른 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나의 일실시예 평면도로서, 마이크로스트립 패치(Microstrip Patch, 201), 인쇄회로기판 기층(PCB Substrate, 202), 비아홀(Via Holes, 203) 및 그라운드(Ground, 204)가 있음을 알 수 있다.
도 2b 는 본 발명에 따른 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나의 일실시예 단면도로서, 마이크로스트립 패치(Microstrip Patch, 201), 비아홀(Via Holes, 203), 그라운드(Ground, 204), 도체(Metal, 205), 캐비티(Cavity, 206), 프로브(Probe, 207) 및 컨넥터(Connector, 208)가 있음을 알 수 있다.
기존의 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 패치 사이의 상호 결합으로 인하여 위상배열 안테나에 적용할 경우, 안정된 빔 스캔 특성을 얻기 어렵다. 따라서, 도 1 과 같은 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나가 고안되었다. 이 구조는 패치 사이를 도체로 완전히 분리하여 상호 결합을 제거하였다. 그러나, 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 패치 안테나는 제작/조립이 용이치 않다.
전자기파는 완전 도체나 십분의 일 파장 이하의 도체 그리드(Grid) 구조나 거의 동일한 도체면으로 인식한다. 그러므로, 십분의 일 파장 이하의 도체 그리드(Grid) 구조는 전자기파의 특성상 투과될 수 없다.
따라서, 본 발명에 따른 도 2 의 구조 역시 비아홀 사이의 간격을 십분의 일 이하의 거리로 배치하면 도체 캐비티(Cavity)와 동일한 효과로 패치 사이의 상호 결합이 제거될 수 있고, 따라서 안정된 빔 스캔 특성을 얻을 수 있다. 이때, 비아홀을 도체로 채울수도 있지만, 비아홀의 벽면에 도체를 바르는 방식으로도 처리가 가능하다.
도면에서는 마이크로스트립 안테나는 패치 형태로 되어있지만, 패치에 국한되지 않고, 슬롯(Slot), 다이폴(Dipole) 등 다양한 형태의 마이크로스트립 안테나를 포함한다. 또한, 마이크로스트립 안테나의 급전(Feed) 역시 프루브(Probe)에 국한되지 않고, 개구 결합(Aperture Coupling), 전자계 결합(Electromagnetic Coupling) 등의 다양한 급전 방식을 포함한다.
또한, 인쇄회로기판상에서 비아홀을 이용하여 캐비티(Cavity)를 구현할 때, 캐비티(Cavity)는 원형에 국한되지 않고, 사각형, 삼각형 등 다양한 형태를 포함한다. 또한, 패치의 형태도 원형뿐만 아니라 사각형, 삼각형 등 다양한 형태의 패치 안테나에 쓰일 수 있다.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 적층에 대한 일실시예 설명도이다.
도 3a 는 본 발명에 따른 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 적층의 일실시예 평면도로서, 제2 인쇄회로기판 기층(PCB Substrate2, 301), 비아홀(Via Holes, 302) 및 그라운드(Ground, 303)가 있음을 알 수 있다.
도 3b 는 본 발명에 따른 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 적층의 일실시예 단면도로서, 비아홀(Via Holes, 302), 그라운드(Ground, 303), 도체(Metal, 304), 캐비티(Cavity, 305), 제1 인쇄회로기판 기층(PCB Substrate1, 306), 제2 인쇄회로기판 기층(PCB Substrate2, 301), 스택 패치(Stack Patch, 307) 및 액티브 패치(Active Patch, 308)가 있음을 알 수 있다.
단일 인쇄회로기판 상의 마이크로스트립 패치 안테나는 가용 주파수 대역폭이 좁아서, 적층 구조로 대역폭을 증가시킨다. 적층 마이크로스트립 패치 안테나 구조는 두 장 이상의 인쇄회로기판과 두 개 이상의 마이크로스트립 패치를 사용하여 구현한다. 도 3 에서 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 패치 안테나를 적층하는 방법을 제시하였다. 두 장의 인쇄회로기판 사이를 구멍 뚫린 도체 층으로 분리시키고, 각각의 인쇄회로기판은 비아홀로 캐비티(Cavity)를 형성하여 하나의 캐비티(Cavity)를 구현한다. 스택 패치의 위치는 인쇄회로기판 기층(PCB Substrate)의 윗면 또는 아랫면에 위치할 수 있다.
비아홀 및 기구로 둘러싸여 마이크로스트립 패치 안테나의 대역폭을 증가시키는 적층 구조는 인쇄회로기판 상의 비아홀 및 기구의 조합으로 캐비티(Cavity)를 구현하는데 있어서, 패치와 비아홀의 형태는 원형에 국한되지 않고, 사각형, 삼각형 등 다양한 형태를 포함하며, 적층은 2층에 국한되지 않고 다수의 적층을 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 인쇄회로 기판 상의 용이한 비아홀 공정을 이용하여 캐비티(Cavity)를 구현함으로써, 정밀 기구 가공 및 접착의 문제없이 인쇄회로 기판으로 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 안테나와 동일한 빔 스캔 특성을 갖는 위상배열 안테나를 구현할 수 있는 효과가 있다. 즉, 종래의 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 안테나의 장점인 안정된 빔 스캔 특성을 그대로 살리면서, 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 안테나의 단점인 제작 가격 및 조립상의 문제점을 해결한 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 제작이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 도체 그리드 형태의 비아홀을 사용해 캐비티-백드(Cavity-backed) 마이크로스트립 안테나와 같은 결과를 얻음으로써 가볍고 표면장착성이 뛰어난 마이크로스트립 안테나를 위상배열 안테나의 소자로서 사용할 수 있고, 저가의 안정된 빔 스캔 특성을 갖는 위상배열 안테나를 제작할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 마이크로스트립 안테나 적층시에도 다수의 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나를 구멍뚫린 도체층을 사이에 두어 적층시킴으로써 상기한 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나를 손쉽게 적층시켜 안테나의 이용 주파수 대역을 넓힐 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board)에 구현되는 마이크로스트립 안테나에 있어서,상기 인쇄회로기판에 배열되는 다수의 마이크로스트립 안테나 소자; 및전자기파에 대해 도체 특성을 가지며 상기 마이크로스트립 안테나 소자의 둘레에 소정 간격을 가지고 위치하여 캐비티(Cavity)를 만들어주는 다수의 비아홀을 포함하는 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나.
- 제 1 항에 있어서,상기 비아홀은,십분의 일 파장 이하의 간격을 가지는 도체 그리드 구조인 것을 특징으로 하는 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 비아홀은,홀 벽면에 도체를 바른 형태의 비아홀인 것을 특징으로 하는 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 비아홀은,홀 내부를 도체로 채운 형태의 비아홀인 것을 특징으로 하는 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나.
- 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 적층 방법에 있어서,상기 마이크로스트립 안테나가 구현되는 다수의 인쇄회로기판 사이를 구멍 뚫린 도체층으로 분리시키는 제 1 단계; 및각각의 상기 인쇄회로기판은 상기 마이크로스트립 안테나 소자의 둘레에 소정 간격을 가지는 도체 특성의 비아홀로 캐비티(Cavity)를 형성하는 제 2 단계를 포함하는 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 적층 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 소정 간격은,십분의 일 파장이하의 간격인 것을 특징으로 하는 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 적층 방법.
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| KR1019990049619A KR20010046037A (ko) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | 비아홀로 둘러싸인 마이크로스트립 안테나 및 그를 이용한마이크로스트립 안테나 적층 방법 |
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Publications (1)
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| KR20010046037A true KR20010046037A (ko) | 2001-06-05 |
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| KR (1) | KR20010046037A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100398826B1 (ko) * | 2000-12-02 | 2003-09-19 | 미래테크 주식회사 | 무선 헬리컬 안테나 제조방법 |
| KR20170011885A (ko) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 엘지전자 주식회사 | 안테나, 차량용 레이더, 및 이를 구비하는 차량 |
| US10122091B2 (en) | 2013-11-20 | 2018-11-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Microstrip patch antenna in cavity-backed structure including via-hole |
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1999
- 1999-11-10 KR KR1019990049619A patent/KR20010046037A/ko not_active Application Discontinuation
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