KR200177061Y1 - 무선통신 시스템에서의 초소형 패치 안테나 - Google Patents
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Abstract
무선통신 시스템에 이용되는 패치 안테나를 구현함에 있어, 특정소자를 에어브리지형으로 구현하여 크기를 최소화시킬 수 있는 패치 안테나를 제공하는 것으로서, 복사되는 전자파를 공중으로 반사시키기 위한 마이크로스트립 기판; 마이크로스트립 기판상에 형성되며, 마이크로스트립 기판이 복사되는 전자파를 반사시키도록 하는 접지판; 전류를 인가하기 위하여, 마이크로스트립라인으로 이루어진 급전부; 급전부를 통해 급전되는 전자파를 여기시키기 위하여, 마이크로스트립 기판에 대하여 에어브리지형으로 이루어진 여기부; 및 마이크로스트립 기판과 이격되며, 여기부에 의해 여기되는 전자파를 마이크로스트립 기판과 공진하여 공중으로 복사하기 위한 복사판을 포함한다.
Description
본 고안은 무선통신 시스템에서의 초소형 패치(Patch) 안테나에 관한 것이다.
도 1a는 종래의 직접 피딩(Drect Feeding) 방법을 이용한 패치 안테나의 평면도이다.
도 1b는 종래의 직접 피딩 방법을 이용한 패치 안테나의 측면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 직접 피딩 방법을 이용한 패치 안테나는, 전류를 인가하기 위한 급전용 동축선(11), 급전용 동축선(11)을 통해 급전되는 전자파를 여기하기 위한 여기부(12), 여기부(12)에 의해 여기되는 전자파를 공중으로 복사하기 위한 복사판(13), 그리고 복사판(13)과는 서로 다른 파장의 길이를 갖으며, 여기부(12)에 의해 여기되는 전자파가 복사되지 않도록 후방복사를 조절하는 반사판(14)으로 이루어진다.
상기한 바와 같이, 급전용 동축선(11)에서 직접 복사판(13)에 여기시키는 방식은 이득을 높이기 위해 복사판(13)과 접지면의 간격을 키우면서 급전용 동축선(11)에서 복사판(13)을 연결시키는 라인으로 인해 생기는 기생 어드미턴스가 생긴다. 이와 같은 특징으로 인해, 종래의 직접 피딩 방법을 이용한 패치 안테나의 경우, 양산시에 정합시키기가 매우 어려우며, 또한 안테나 특성이 불안정해지는 문제점이 있었다.
도 2a는 종래의 근접 피딩(Proximity Feeding) 방법을 이용한 패치 안테나의 평면도이다.
도 2b는 종래의 근접 피딩 방법을 이용한 패치 안테나의 측면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래의 근접 피딩 방법을 이용한 패치 안테나는, 도 1의 직접 피딩 방법의 경우와 마찬가지로, 여기되는 전자파를 공중으로 복사하기 위한 복사판(21), 복사판(21)에 전류를 여기하기 위한 피딩 라인(Feeding Line)(22), 그리고 후방복사를 조절하는 반사판(23)으로 구성된다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 근접 피딩 방법을 이용한 패치 안테나는 도 1a 및 도 1b의 직접 피딩 방법을 이용한 패치 안테나와 비교할 경우, 특성은 안정되지만, 복사판(21)에 여기되는 전계의 세기를 키우기 위해 접지면과 복사판(21) 사이의 간격을 좁혀야 한다. 그러나, 이와 같이 간격을 좁힐 경우, 복사판(21)의 크기가 커져야 하고, 복사판(21)과 접지면 사이가 공진기처럼 동작하여 대역폭이 매우 작아졌으며, 또한 대역폭을 넓히기 위해 복사판(21)과 접지면 사이의 간격을 띄우면 복사판(21)에 여기되는 전계의 양이 작아져서 안테나의 이득이 작아지는 문제점이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무선통신 시스템에 이용되는 패치 안테나를 구현함에 있어, 특정소자를 에어브리지(Air Bridge)형으로 구현하여 크기를 최소화시킬 수 있는 패치 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a는 종래의 직접 피딩(Direct Feeding) 방법을 이용한 패치 안테나의 평면도.
도 1b는 종래의 직접 피딩(Direct Feeding) 방법을 이용한 패치 안테나의 측면도.
도 2a는 종래의 근접 피딩(Proximity Feeding) 방법을 이용한 패치 안테나의 평면도.
도 2b는 종래의 근접 피딩(Proximity Feeding) 방법을 이용한 패치 안테나의 측면도.
도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 초소형 패치 안테나의 단면도.
도 4a는 공기층의 두께에 따른 본 고안의 초소형 패치 안테나의 평면도.
도 4b는 공기층의 두께에 따른 본 고안의 초소형 패치 안테나의 측면도.
도 5a는 마이크로스트립라인의 끝단을 모듈레이션한 본 고안에 따른 초소형 패치 안테나의 평면도.
도 5b는 마이크로스트립라인의 끝단을 모듈레이션한 본 고안에 따른 초소형 패치 안테나의 측면도.
도 6은 본 고안에 따른 무선통신 시스템에서의 초소형 패치 안테나에 대한 주파수 정합 특성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
31: 마이크로스트립 기판 32: 접지판
33: 급전부 34: 여기부
35: 복사판
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 무선통신 시스템에서의 초소형 패치(Patch) 안테나에 있어서, 복사되는 전자파를 공중으로 반사시키기 위한 마이크로스트립(Microstrip) 기판; 상기 마이크로스트립 기판상에 형성되며, 상기 마이크로스트립 기판이 복사되는 전자파를 반사시키도록 하는 접지판; 전류를 인가하기 위하여, 마이크로스트립라인으로 이루어진 급전부; 상기 급전부를 통해 급전되는 전자파를 여기시키기 위하여, 상기 마이크로스트립 기판에 대하여 에어브리지(Air Bridge)형으로 이루어진 여기부; 및 상기 마이크로스트립 기판과 이격되며, 상기 여기부에 의해 여기되는 전자파를 상기 마이크로스트립 기판과 공진하여 공중으로 복사하기 위한 복사판을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 무선통신 시스템에서의 초소형 패치 안테나의 단면도로서, 복사되는 전자파를 공중으로 반사시키기 위한 마이크로스트립(Microstrip) 기판(31)과, 마이크로스트립 기판(31)상에 형성되며, 마이크로스트립 기판(31)이 복사되는 전자파를 반사시키도록 하는 접지판(32)과, 전류를 인가하기 위하여, 마이크로스트립라인으로 이루어진 급전부(33)와, 급전부(33)를 통해 급전되는 전자파를 여기시키기 위하여, 마이크로스트립 기판(31)에 대하여 에어브리지(Air Bridge)형으로 이루어진 여기부(34)와, 마이크로스트립 기판(31)과 이격되며, 여기부(34)에 의해 여기되는 전자파를 마이크로스트립 기판(31)과 공진하여 공중으로 복사하기 위한 복사판(35)을 구비한다.
그리고, 본 고안은, 입력임피던스를 실질적으로 50Ω으로 정합시켜 주기 위하여 마이크로스트립 기판(31)상에 형성되며, 마이크로스트립라인으로 이루어진 스터브(Stub)(36)를 더 구비한다.
여기서, 여기부(34)는 일반적인 금속선으로 이루어진다.
복사판(35)은 대략 약 λ/2 파장의 길이를 갖는데 비해, 마이크로스트립 기판(31)은 복사판(35)보다 큰 길이를 갖는다.
급전부(33)와 여기부(34)는 마이크로스트립 기판(31)을 중심으로 접지판(32)의 반대쪽에 형성된다.
접지판(32)은 복사판(35)에 의해 복사되는 전계에 대하여는 반사판의 역할을 한다. 이때, 여기부(34)는 마이크로스트립 기판(31)과 접지판(32) 사이에 누설전류를 발생하여 복사판(35)으로 전계를 여기하며, 여기된 전계중 복사판(35)과 접지판(32) 사이에서 공진 가능한 주파수 성분의 전계가 누설 전류를 형성하여 복사하게 된다. 여기서, 접지판(32)과 복사판(35) 사이의 거리가 충분히 멀어야 이득이 커진다.
그러므로, 본 고안에서는 이득과 대역폭을 크게 하기 위해, 접지판(32)과 복사판(35) 사이에 에어브리지형의 금속선으로 이루어진 여기부(34)를 사용하여 전계를 여기시켜주는 방식을 채용한 것이다. 이와 같은 에어브리지형 여기 방식을 함으로써, 에어브리지형 여기부(34)와 복사판(35) 사이의 간격이 좁아 복사판(35)에 여기되는 전계의 세기가 크면서, 복사판(35)과 접지판(32)의 간격이 넓어 안테나의 이득이 커지고 전체 크기도 소형화시킬 수 있다.
그리고, 복사 가능한 주파수 영역은 복사판(35)의 크기와 모양, 공기층의 두께 및 에어브리지형 여기부(34)와 접지판(32) 간의 높이 및 모양, 스터브의 크기, 위치와 모양, 마이크로스트립라인의 오픈단(Open Port)의 모듈레이션(Modulation) 등을 조절하여 확보할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에서와 같이 종래의 패치 안테나의 경우, 급전된 전계를 복사판으로 여기하기 위하여 전기적으로 직접 연결하는 형태의 여기 방식을 이용하고, 여기된 전계는 복사판과 반사판 사이에 공진을 일으켜 공기층 사이의 누설전류가 복사하게 된다. 여기서, 주파수 정합 특성을 얻기 위하여 공기층의 두께를 충분히 두껍게 하거나, 여기용 마이크로스트립라인의 접점 위치 및 복사판의 모양의 변화를 주어 주파수 대역폭을 확보하게 된다. 이때, 최적의 주파수 정합 특성을 얻기 위하여 여기용 접점부의 위치 수정을 위하여 복사판과 급전부를 분해, 연결하는 과정이 필요하여 개발에 소요되는 시간이 길고, 생산성이 떨어졌다. 또한, 주파수 정합을 위한 복사판의 모양에 변화를 준 경우 복사 패턴의 변형과 전계의 선형성을 나쁘게 하였다.
또한, 상기한 바와 같은 종래의 패치 안테나의 경우, 양산 과정에 있어서 정합시키기 위해 복사판을 분해해야 하고, 또한 복사판과 마이크로스트립라인을 연결시키는 도선의 각도에 따라 어드미턴스의 양이 달라지는 문제점을 내포하고 있었다.
반면에, 본 고안의 초소형 패치 안테나는 소형화를 실현하기 위해 복사판의 크기를 줄이고, 충분한 이득을 얻기 위해 복사판과 접지판 사이의 간격을 이격시키므로써 발생되는 문제점 즉, 여기되는 전계의 양이 충분하지 않은 문제를 에어브리지형 여기부(34)를 이용하여 복사판(35)에 전계를 여기시키는 방법을 사용하였다.
따라서, 본 고안에서는 여기부(34)를 이루는 에어브리지형 금속선의 크기나 모양을 적절히 조절하면 입력어드미턴스의 양을 조절하여 광대역의 주파수 특성을 갖는 안테나를 구현할 수 있게 된다. 에어브리지형 여기부(34)의 전계 선형성이 우수하므로, 전체 안테나의 전계 선형성이 좋으면서도 복사 패턴이 매우 깨끗하다.
그리고, 본 고안의 초소형 패치 안테나는 서로 분리된 복사판(35)과 마이크로스트립 기판(31)으로 구성되며, 여기부(34)와 복사판(35) 간에 직접적인 전기적 연결이 필요 없으므로, 구조가 간단해져 개발이 용이하고 생산성이 좋다. 또한, 복사판(35)에 라인을 연결하여 여기시키는 구조보다 여기 방식이 안정적이어서 크기가 작으면서도 충분한 이득을 갖는 안테나를 제작할 수 있다.
도 4a는 공기층의 두께에 따른 본 고안의 초소형 패치 안테나의 평면도이고, 도 4b는 공기층의 두께에 따른 본 고안의 초소형 패치 안테나의 측면도로서, 공기층의 두께가 10mm인 셀룰라(cellular) 대역(835MHz 내지 890MHz 대역)에서 동작하는 안테나 모양을 나타낸 것이다.
그리고, 860MHz 대역의 주파수에서 동작하는 본 고안에 따른 초소형 패치 안테나를 제작하였을 경우, 안테나의 이득을 충분히 가지기 위해 공기층의 높이를 10mm로 하고, 공진 주파수를 860MHz로 가지기 위해 복사판 크기를 가로 74mm, 세로 112mm로 하였다. 이때, 여기되는 전계의 크기를 키우기 위해 에어브리지형 여기부를 접지판과 5mm 간격으로 이격시켰다. 또한, 안테나의 임피던스를 50Ω으로 정합시키는데 에어브리지형 금속선의 두께와 마이크로스트립라인의 스터브를 사용하였다.
도 5a는 마이크로스트립라인의 끝단을 모듈레이션한 본 고안에 따른 초소형 패치 안테나의 평면도이다.
도 5b는 마이크로스트립라인의 끝단을 모듈레이션한 본 고안에 따른 초소형 패치 안테나의 측면도이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립라인의 끝단을 모듈레이션하여, 안테나의 임피던스를 정합시킬 수도 있다.
도 6은 본 고안에 따른 무선통신 시스템에서의 초소형 패치 안테나에 대한 주파수 정합 특성도로서, 셀룰라 대역의 안테나의 주파수 정합 특성을 나타낸 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 셀룰라 대역의 주파수에서 동작하는 본 고안에 따른 패치 안테나를 제작하였을 경우, 첨두치 이득은 5dBi 이상이고, 주파수 정합 특성은 정재파비가 1.5:1 이하에서 10%의 넓은 주파수 대역폭을 확보할 수 있다.
본 고안의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 고안의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 고안의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은, 여기부가 복사판인 패치와의 직접적인 전기적 연결이 없는 상태에서도 신호 여기가 원활할 수 있도록 에어브리지형으로 구현하여, 동일한 특성을 갖는 다른 패치 안테나에 비하여 크기를 소형화할 뿐만 아니라 특성이 안정되고 충분한 이득을 얻을 수 있다.
Claims (5)
- 무선통신 시스템에서의 초소형 패치(Patch) 안테나에 있어서,복사되는 전자파를 공중으로 반사시키기 위한 마이크로스트립(Microstrip) 기판;상기 마이크로스트립 기판상에 형성되며, 상기 마이크로스트립 기판이 복사되는 전자파를 반사시키도록 하는 접지판;전류를 인가하기 위하여, 마이크로스트립라인(Microstrip Line)으로 이루어진 급전부;상기 급전부를 통해 급전되는 전자파를 여기시키기 위하여, 상기 마이크로스트립 기판에 대하여 에어브리지(Air Bridge)형으로 이루어진 여기부; 및상기 마이크로스트립 기판과 이격되며, 상기 여기부에 의해 여기되는 전자파를 상기 마이크로스트립 기판과 공진하여 공중으로 복사하기 위한 복사판을 포함하는 초소형 패치 안테나.
- 제 1 항에 있어서,입력임피던스를 실질적으로 50Ω으로 정합시켜 주기 위하여 상기 마이크로스트립 기판상에 형성되며, 마이크로스트립라인으로 이루어진 스터브(Stub)를 더 포함하는 초소형 패치 안테나.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 여기부는,금속선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 패치 안테나.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 복사판은 대략 λ/2 파장의 길이를 갖고, 상기 마이크로스트립 기판의 길이는 상기 복사판의 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 초소형 패치 안테나.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 급전부와 상기 여기부는 상기 마이크로스트립 기판을 중심으로 상기 접지판의 반대쪽에 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 패치 안테나.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2019990025195U KR200177061Y1 (ko) | 1999-11-17 | 1999-11-17 | 무선통신 시스템에서의 초소형 패치 안테나 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2019990025195U KR200177061Y1 (ko) | 1999-11-17 | 1999-11-17 | 무선통신 시스템에서의 초소형 패치 안테나 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR200177061Y1 true KR200177061Y1 (ko) | 2000-04-15 |
Family
ID=19596766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR2019990025195U KR200177061Y1 (ko) | 1999-11-17 | 1999-11-17 | 무선통신 시스템에서의 초소형 패치 안테나 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR200177061Y1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012002718A2 (ko) * | 2010-06-29 | 2012-01-05 | 주식회사 네오펄스 | 표면실장형 안테나부를 포함한 기판형 내장 안테나 및 그 제조방법 |
-
1999
- 1999-11-17 KR KR2019990025195U patent/KR200177061Y1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012002718A2 (ko) * | 2010-06-29 | 2012-01-05 | 주식회사 네오펄스 | 표면실장형 안테나부를 포함한 기판형 내장 안테나 및 그 제조방법 |
| WO2012002718A3 (ko) * | 2010-06-29 | 2012-05-03 | 주식회사 네오펄스 | 표면실장형 안테나부를 포함한 기판형 내장 안테나 및 그 제조방법 |
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