KR20010096957A - 유 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신호를 공급하는 마이크로스트립 라인이 식각되어 형성되는 제 1도체판과, 상기 제 1도체판과 결합되는 제 1유전체와, 상기 제 1유전체와 결합되며, 상기 마이크로스트립 라인과 대응되도록 보우 타이 형태의 슬롯이 형성된 제 2도체판과, 상기 제 2도체판과 결합되는 제 2유전체와, 상기 제 2유전체와 결합되며, 상기 보우타이 형태의 슬롯과 대응하는 U자형 슬롯이 형성되는 제 3도체판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면 마이크로스트립 패치 안테나의 주파수 대역을 상대적으로 넓힘으로써 고정통신용, 이동통신용뿐만 아니라 방송통신용 안테나에도 널리 적용할 수 있다.

Description

유 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나{U SLOT WIDE BAND MICROSTRIP PATCH ANTENNA}
본 발명은 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로스트립 패치 안테나의 대역특성을 향상시키도록 하는 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 마이크로스트립 패치 안테나는 유전체 기판 평면상에 부착된 일정 모양의 도체가 안테나 역할을 하도록 구성된 안테나이다.
이러한 마이크로스트립 패치 안테나는 평면 형태이기 때문에 어떤 기기에도 적용이 가능하여 일반 국간 및 이동통신용뿐만 아니라 미사일 제어용 등의 군사용으로도 널리 사용되고 있다.
마이크로스트립 패치 안테나의 종류에는 안테나 복사 역할을 수행하는 도체 소자인 패치(patch) 모양에 따라 사각형 패치, 원형 패치, 삼각형 패치, 마름모꼴 패치 등 다양한 종류가 있다.
마이크로스트립 패치 안테나의 장점으로는 가격이 저렴하고, 유전체를 사용하기 때문에 소형화를 실현할 수 있는 것뿐만 아니라 적용성이 뛰어난 장점을 지니고 있다.
마이크로스트립 패치 안테나는 신호를 안테나에 넣어주는, 즉 급전하는 방법에 따라 대역폭 특성이 다르다. 가장 흔한 방법인 마이크로스트립 라인에 의한 급전법이나 프로브(probe)에 의한 방법은 대역이 가장 작은 1-4% 정도에 불과하다. 또한 개구면(aperture)에 의한 급전법으로는 약 10-15% 정도의 특성을 보이고 있다. 개구면의 경우는 일반 직사각형 슬롯의 개구면의 경우는 대역특성이 작고, 슬롯의 형태가 나비 넥타이(bow-tie)형인 경우는 크다.
여기에서 안테나의 대역을 나타내는 수치로는 %로 표시를 하는데 몇 %까지를 협대역, 이상을 광대역이라고 기준을 긋는 선은 없다. 다만 일반적으로 10%정도 이하를 협대역이라고 하는데, 강유전체 안테나의 경우에는 5%정도 이하를 광대역이라고도 한다. 여기서 밴드폭의 정의를 알아보면 동작 중심 주파수가 100MHz이고, 90-110MHz까지 사용이 가능한 안테나일 경우 대역폭은 (110-90)/100=0.2임으로 20%이다.
그러나 이러한 종래의 마이크로스트립 패치 안테나는 사용하는 주파수 대역이 좁은 협대역 특성을 지니고 있기 때문에, 예를 들어 800MHz에서 900MHz까지 동작하는 일반적인 안테나의 경우 1개 안테나로도 사용이 가능하나, 20MHz 밴드폭을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 경우에는 시스템이 800-900 즉, 100MHz의 폭을 요구하므로 5개의 주파수 특성을 가지는 마이크로스트립 패치 안테나를 필요로 하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로스트립 패치 안테나의 주파수 대역을 상대적으로 넓히도록 하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나의 구성을 나타낸 분해 사시도
도 2는 본 발명에 따른 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나가 CATV용 안테나에 적용된 모습을 나타낸 분해 사시도
도 3은 도 2의 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나의 주파수 대역 특성을 나타낸 그래프
도 4는 도 2의 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나의 특성을 나타낸 스미스 도표
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나
10 : 제 1도체판 11 : 마이크로스트립 선
20 : 제 1유전체 30: 제 2도체판
31 : 보우 타이 형태의 슬롯 40 : 제 2유전체
50 : 제 3도체판 51 : U자형 슬롯
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
신호를 공급하는 마이크로스트립 라인이 식각되어 형성되는 제 1도체판과,
상기 제 1도체판과 결합되는 제 1유전체와,
상기 제 1유전체와 결합되며, 상기 마이크로스트립 라인과 대응되도록 보우 타이 형태의 슬롯이 형성된 제 2도체판과,
상기 제 2도체판과 결합되는 제 2유전체와,
상기 제 2유전체와 결합되며, 상기 보우타이 형태의 슬롯과 대응하는 U자형 슬롯이 형성되는 제 3도체판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서 상기 제 1유전체는 테프론, 에폭시, 듀로이드, AL2O3중에서 선택된 어느 하나이고, 상기 제 2유전체는 에어-폼이다.
이하, 본 발명에 의한 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나의 구성 및 작용을 도 1을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나(1)는 제 1도체판(10)과, 제 1유전체(20)와, 제 2도체판(30)과, 제 2유전체(40)와, 제 3도체판(50)으로 구성된다.
제 1도체판(10)은 동과 같은 도체로 형성되고, 제 1유전체(20)의 저면에 부착된 상태에서 일정 모양만을 남기고 나머지는 식각시켜 신호를 공급하는 마이크로스트립 라인(11)을 이룬다.
제 1유전체(20)는 테프론(PTFE,=2.1~2.5정도), 에폭시(epoxy,=4.8정도), 듀로이드(duroid,=2.8정도) 및 알루미나(Al2O3, =10.2정도)중에서 선택된 어느 하나의 것으로 형성된다. 여기에서 또한는 비유전률로서, 전계와 유관한 매질의 상수로서 진공을 1로 할 때 비교하는 값이다.
제 2도체판(30)은 제 1유전체의 상면에 결합되고, 마이크로스트립 라인(11)과 대응되는 보우 타이 형태의 슬롯(31)이 형성된다.
제 2유전체(40)는 제 2도체판(30)의 상면과 결합되고, 에어-폼(air-form,=1.01정도)으로 형성된다.
제 3도체판(50)은 제 2유전체(40)의 상면과 결합되며, 제 2도체판(30)에 형성된 보우타이 형태의 슬롯(31)과 대응하는 U자형 슬롯(51)이 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나의 작용을 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나가 CATV용 안테나에 적용된 모습을 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나의 주파수 대역 특성을 나타낸 그래프이며, 도 4는 도 2의 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나의 특성을 나타낸 스미스 도표이다. 도 2에 있어서 도 1과 동일 부호에 대해서는 동일 부호를 참조하고, 그 중복 설명은 생략한다.
먼저, 본 발명에 따른 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나(1)가 시스템에 적용되기 위해서는 단일 패치 소자로는 어렵기 때문에 이를 도 2에서 도시된 바와 같이 배열하고 적정한 전류를 공급해 주는 배열 안테나가 되어야 한다.
도 2를 참조하면, CATV용 안테나(2)는 먼저 제 1도체판(10)에 마이크로스트립 라인(11)을 형성하고, 제 1유전체(20)의 저면에 부착시킨다. 여기에서 제 1도체판(10)을 제 1유전체(20)에 부착시킨 상태에서 마이크로스트립 라인(11)을 형성시킬 수도 있다.
그리고, 제 1유전체(20)에 각각의 마이크로스트립 라인(11)과 대응되게 복수의 보우 타이 형태의 슬롯(31)이 형성된 제 2도체판(30)을 제 1유전체(20)의 상면에 부착시킨다.
이러한 상태에서 제 2유전체(40)를 제 1도체판(10)의 상면에 부착시키고, 제 2도체판(30)에 형성된 복수의 보우 타이 형태의 슬롯(31)과 대응되도록 형성된 U자형 슬롯(51)을 가지는 제 3도체판(50)을 제 2유전체(40)의 상면에 부착시킨다.
이러한 상태에서 마이크로스트립 라인(11)을 통하여 신호를 공급하면 신호는 보우 타이 형태의 슬롯(31)과 U자형 슬롯(51)을 통하여 제 3도체판(50)에 전달된다.
그러면 제 3도체판(50)이 도체로 이루어져 있기 때문에 이의 상면에 유도된 전류에 의해 공간으로 복사가 발생하여 안테나의 역할을 수행하게 된다.
이러한 CATV용 안테나(2)의 주파수 대역을 측정한 결과, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같은 특성이 검출되는데, 이는 종래의 CATV용 안테나보다 주파수대역 특성이 넓은 약 30%정도의 대역특성을 갖는다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나에 의하면, 마이크로스트립 패치 안테나의 주파수 대역을 상대적으로 넓힘으로써 적은 수의 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하고도 고정통신용, 이동통신용뿐만 아니라 방송통신용 안테나에도 널리 적용할 수 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 신호를 공급하는 마이크로스트립 라인이 식각되어 형성되는 제 1도체판과,
    상기 제 1도체판과 결합되는 제 1유전체와,
    상기 제 1유전체와 결합되며, 상기 마이크로스트립 라인과 대응되도록 보우 타이 형태의 슬롯이 형성된 제 2도체판과,
    상기 제 2도체판과 결합되는 제 2유전체와,
    상기 제 2유전체와 결합되며, 상기 보우타이 형태의 슬롯과 대응하는 U자형 슬롯이 형성되는 제 3도체판을 포함하는 것을 특징으로 하는 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1유전체는,
    테프론, 에폭시, 듀로이드, AL2O3중에서 선택된 어느 하나이고,
    상기 제 2유전체는,
    에어-폼인 것을 특징으로 하는 U 슬롯 광대역 마이크로스트립 패치 안테나.
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