KR20020062396A - 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나 및 그 설계방법 - Google Patents

기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나 및 그 설계방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 셀룰러 이동통신, PCS 및 IMT-2000과 같이 서로 다른 서비스를 제공하는 기지국의 공용화를 위한 적층구조의 광대역 마이크로 스트립 안테나와 그 설계방법에 관한 것으로,
적층구조의 기지국용 광대역 마이크로스트립 안테나에 있어서, 반사판(16)의 상부에 일정 간격을 두고 제1유전체(15)와 그 상부에 제2유전체(12)를 설치하고, 상기 제1유전체(15)의 하부 중앙으로 급전회로부(14)를 도입하여 설치하고, 상기 제1유전체(15)의 상부 중앙에 접지면(20)을 설치하고, 상기 접지면(20)의 중앙에는 급전회로부(14)와 수직하고 중앙 양측으로 폭이 확장되는 슬롯(13)을 형성시키고, 상기 접지면(20)과 제2유전체(12) 사이에 공기층(21)을 형성시키고, 상기 제2유전체(12)의 상부 중앙 양측으로 폭이 확장되는 방사 소자부(11)를 포함하여 구성되는 안테나를 특징으로 하고,
또한 마이크로 스트립 안테나를 다수개의 스트립선로 근사 모델로 분리한 후 각각의 유효 유전율을 구한 다음, 설계변수의 전기적 길이 또는 물리적 길이를 구함으로써 안테나를 설계하는 방법을 특징으로 하여,
원하는 주파수 대역에서 임피던스 정합이 잘 이루어짐으로써 이동통신, PCS 및 IMT-2000 기지국의 공용화에 기여할 수 있으며, 기지국 공용화시 안테나와 기지국 시스템 사이에 다이플렉스(Diplexer)를 삽입함으로써 하나의 안테나만을 사용할 수 있어 케이블 재료비 및 포설비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나 및 그 설계방법 {Broadband microstrip antenna for base station and its design method}
본 발명은 적층구조의 광대역 마이크로 스트립 안테나와 그 설계방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 IMT-2000(International Mobile Telecommunication, 이하 IMT-2000이라 한다.)과 같은 새로운 서비스와 셀룰러 이동통신과 PCS(Personal Communication service, 이하 PCS라 한다.)와 같은 기존 서비스와의 기지국 공용화를 위하여 폭 넓은 주파수 대역을 커버할 수 있는 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나 및 그 설계방법에 관한 것이다.
일반적으로 셀룰러 이동통신(Cellular Mobile telecommunication)은 800MHz 대역의 주파수를 이용하며, PCS는 1.8∼1.9MHz 대역의 높은 주파수 대역을 활용하며, 최근에는 이동통신, PCS에 이어서 제3세대 이동통신으로서 전세계 어디서나 음성은 물론 멀티미디어 통신까지 가능하게 하는 IMT-2000이 개발되었다.
상기의 셀룰러 이동통신이나 PCS 서비스를 제공하기 위한 안테나로서 사용되는 마이크로 스트립 안테나의 설계에 있어서 최근에 셀룰러 이동통신 기지국에서 적층구조의 평판 형태의 SSFIP(Strip Slot Foam Inverted Patch) 구조의 안테나가 응용되고 있다.
이러한 통신 서비스를 제공하기 위해서는 기지국의 설치가 필수적인데, 최근에는 이동통신 및 PCS 기지국의 난립으로 인한 도시 미관, 전자파 유해논쟁, 중복투자 등을 배제하기 위해서는 기지국의 공용화가 반드시 필요하게 되었으며, 향후에 전개될 IMT-2000용 기지국을 기존의 셀룰라 및 PCS 기지국과의 공용화가 절실히 요구된다.
한편, 상기 이동통신, PCS 및 IMT-2000에 사용되는 마이크로 스트립 안테나의 해석하는 방법으로는 두개의 슬롯이 반파장 정도 떨어져 있다고 가정하는 전송선로 모델(Transmission Line Model)과, 패치와 접지면 사이의 공간을 공진기(Cavity)로 가정하는 공진기 모델(Cavity Model)과 같은 실험적이고 근사화된 모델이 주로 사용되며, 보다 정확한 해석을 위해서는 모멘트 해석법과 같은 수치 해석법(Full-wave해석법)을 사용한다.
그리고 스미스 도표(Smith Chart)는 반사계수와 임피던스의 관계를 도시한 것으로서, 이를 통하여 전송선로와 임피던스 정합 문제를 가시적으로 파악하여 최적의 안테나 설계 여부를 판단할 수 있다.
이와 같은 임피던스 정합이란 부하임피던스가 특성임피던스와 같지 않은 경우 발생하는 선로상의 반사를 제거하기 위하여 양쪽의 임피던스를 일치시킴으로써 안테나와 같은 민감한 부품에 있어 시스템의 신호대 잡음비를 향상시키고 안테나 어레이용 급전회로망에서 진폭오차와 위상오차를 줄이는 것을 말한다.
그러나 상기와 같은 종래의 마이크로 스트립 안테나는 그 제작 비용이 작고 소형, 경량으로 대량 생산이 가능하다는 장점이 있으나, 대역폭이 좁고 이득과 허용 전력이 낮은 단점이 있다. 따라서 종래의 기지국용 마이크로 스트립 안테나는 방사 소자만을 수직으로 배열하는 단순한 방법을 통하여 낮은 이득을 보상할 수 있었으나 협대역으로 밖에 사용되지 못한다는 문제점이 있었다.
그리고 종래의 마이크로 스트립 안테나의 해석방법으로서 근사화된 모델을 사용하는 경우, 복잡한 유전체 구조의 문제를 고려하기 어려우며, 동작 주파수가 높아지면 유전체의 전기적인 두께가 증가하는데 이에 따른 표면파의 영향을 충분히 설명하지 못하며, 또한 배열 안테나의 상호 결합도를 정확히 예측할 수 없다는 문제점이 있었다.
한편, 마이크로 스트립 안테나의 해석방법으로서 모멘트 해석법과 같은 수치 해석법(Full-wave)을 사용하는 경우, 유전체층의 효과를 정확히 모델링하여 방사파, 표면파, 유전체 손실, 외부 소자와의 결합 등의 효과를 계산할 수 있으나, 적층구조와 같은 복잡한 유전체 구조에서의 그린(Green) 함수 전개가 어렵고 수치계산 시간이 오래 걸리며 프로그래밍하기가 곤란한 문제점이 있었다.
즉, SSFIP(Strip Slot Foam Inverted Patch) 구조와 같은 적층구조의 마이크로 스트립 안테나 설계에 있어서 여러가지 다양한 규격의 안테나를 설계할 수 있는 설계식이 없으므로, 새로운 구조의 안테나 설계를 위해서는 복잡한 수치해석을 통하거나 시뮬레이션에 의존할 수밖에 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 마이크로 스트립 안테나의 협대역 주파수 특성, 적층구조의 복잡한 수치해석 및 설계시 야기되는 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 마이크로 스트립 안테나를 구성하는 슬롯과 방사 소자부를 나비모양의 구조로 형성시킴으로써 광대역 주파수 특성을 갖도록 하며, 이러한 안테나를 다수개의 스트립선로 근사 모델로 분리한 후 각각의 모델에 대한 유효 유전율을 구하여 마이크로 스트립 안테나에 사용되는 유전체 기판의 종류에 관계없이 임피던스가 정합되는 안테나를 설계하는 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나 및 그 설계방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 마이크로 스트립 안테나의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 스트립 안테나의 설계변수를 나타내는 평면 투시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 스트립 안테나의 적층구조 및 유전체의 특성값을 나타내는 측단면도.
도 4a는 Suspended 마이크로 스트립선로 모델의 구조 및 설계변수를 나타내는 단면도.
도 4b는 슬롯 스트립선로 모델의 구조 및 설계변수를 나타내는 단면도.
도 4c는 Covered 마이크로 스트립선로 모델의 구조 및 설계변수를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 마이크로 스트립 안테나의 설계방법을 나타내는 흐름도.
도 6a는 본 발명에 의한 안테나의 설계변수 초기값과 유전체 특성값에 의한 입력 임피던스를 나타내는 스미스 도표.
도 6b는 본 발명에 의한 안테나의 설계변수 초기값과 변경된 유전체의 특성값에 의한 입력 임피던스를 나타내는 스미스 도표.
도 6c는 본 발명에 의한 안테나의 물리적 길이에 의한 입력 임피던스를 나타내는 스미스 도표.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 방사 소자부12 : 제2유전체
13 : 슬롯 14 : 급전회로부
15 : 제1유전체16 : 반사판
17 : Suspended 마이크로 스트립선로 모델
18 : 슬롯 스트립선로 모델
19 : Covered 마이크로 스트립선로 모델
20 : 접지면21 : 공기층
22 : 스페이서
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나는, 광대역 특성을 갖는 기지국용 적층구조의 마이크로스트립 안테나에 있어서, 반사판(16)의 상부에 일정 간격을 두고 제1유전체(15)와 그 상부에 제2유전체(12)를 설치하고, 상기 제1유전체(15)의 하부 중앙으로 급전회로부(14)를 도입하여 설치하고, 상기 제1유전체(15)의 상부 중앙에 접지면(20)을 설치하고, 상기 접지면(20)의 중앙에는 급전회로부(14)와 수직하고 중앙 양측으로 폭이 확장되는 슬롯(13)을 형성시키고, 상기 접지면(20)과 제2유전체(12) 사이에 공기층(21)을 형성시키고, 상기 제2유전체(12)의 상부 중앙 양측으로 폭이 확장되는 방사 소자부(11)를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나의 설계방법은 적층구조의 마이크로 스트립 안테나를 설계하는 방법에 있어서, 안테나의 설계변수의 초기값과 제1, 제2유전체의 특성값을 결정하는 단계(S1)와, 안테나를 구성하는 접지면(20)을 기준으로 다수개의 스트립선로의 근사 모델로 분리하는 단계(S2)와, 상기 다수개의 근사 모델에서 각각의 유효 유전율을 구하는 단계(S3)와, 상기 유효 유전율에 의하여 안테나 설계변수의 전기적 길이를 결정하는 단계(S4)와, 상기 전기적 길이를 이용하여 안테나를 형성하는 단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나의 설계방법은, 안테나의 설계 변경시 상기 설계방법에 있어서, 상기 전기적 길이를 안테나 설계변수의 초기값으로 하고 제1, 제2유전체(15, 12)의 변경된 특성값을 결정하는 단계(S6)와, 안테나를 구성하는 접지면(20)을 기준으로 스트립선로의 다수개의 근사 모델로 분리하는 단계(S7)와, 상기 다수개의 근사 모델에서 각각의 새로운 유효 유전율을 구하는 단계(S8)와, 상기 새로운 유효 유전율에 의하여 안테나 설계변수의 물리적 길이를 결정하는 단계(S9)와, 상기 물리적 길이를 이용하여 안테나를 형성하는 단계(S10)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 마이크로 스트립 안테나의 사시도로서, 도면 중 11은 방사 소자부, 12는 제2유전체, 13은 슬롯, 14는 급전회로부, 15는 제1유전체, 16은 반사판, 20은 접지면, 21은 공기층, 22는 스페이서이다.
반사판(16)의 상부에 일정 간격을 두고 제1유전체(15)를 설치하고, 상기 제1유전체(15)의 하부 중앙면에 급전회로부(14)를 도입하여 설치하며 제1유전체(15)의 상부 중앙에 접지면(20)을 설치한다.
다음으로 상기 접지면(20)의 중앙에는 급전회로부(14)와 수직하고 중앙 양측으로 폭이 확장되는 나비모양 구조의 슬롯(13)을 형성시키고, 접지면(20)의 상부에는 SSFIP 구조와 달리 폼(Foam) 대신에 공기층(21)을 형성시킨다.
그리고 공기층(21)의 상부에는 제2유전체(12)를 설치하고, 제2유전체(12)의 상부 중앙 양측으로 폭이 확장되어 상기 슬롯(13)과 대응되도록 나비모양 구조의 패치인 방사 소자부(11)를 설치한다.
상기 방사 소자부(11)는 급전회로부(14)로부터 전류를 제공받아 슬롯(13)을 통하여 전계 결합되며, 나비모양의 구조로 설치함으로써 종래의 정방형 구조의 방사 소자부보다 광대역 전파 특성을 향상시키게 된다.
한편, 상기 슬롯(13)이 형성된 제1유전체(15)와 방사 소자부(11)가 설치된 제2유전체(12) 사이의 공기층(21) 두께를 일정하게 유지하며, 제1유전체(15)와 반사판(16)이 견고하게 연결되도록 각각의 모서리에 스페이서(22)를 설치하여 제1, 제2유전체(15, 12)를 지지하도록 한다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 의한 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나의 설계방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 스트립 안테나의 설계변수를 나타내는 평면 투시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 마이크로 스트립 안테나의 적층구조 및 유전체의 특성값을 나타내는 측단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 마이크로 스트립 안테나의 설계방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 제1단계(S1)는 적층구조의 마이크로 스트립 안테나의 설계변수의 초기값과 상기 제1, 제2유전체(15, 12)의 특성값을 결정한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나의 설계변수는 상기 방사 소자부(11)의 최대길이(L_patch_edge), 최소길이(L_patch_center), 폭(W_patch)과, 상기 슬롯(13)의 최대폭(W_slot_edge), 최소폭(W_slot_center), 길이(L_slot) 및 상기 급전회로부(14) 스터브의 길이(L_stub), 폭(W_stub)을 초기값으로 한다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 , 제2유전체(15, 12)의 유전율(εr1, εr2)과 각각의 두께(d1, d2)를 특성값으로 한다.
그 다음, 제2단계(S2)는 상기 접지면(20)을 기준으로 스트립선로의 다수개의 근사 모델로 분리한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 적층구조의 마이크로 스트립 안테나를Suspended 마이크로 스트립선로 모델(17), 슬롯 스트립선로 모델(18) 및 Covered 마이크로 스트립선로 모델(19)의 3 부분으로 나눈다.
그 다음, 제3단계(S3)는 S1에서 나눈 각각의 모델에 대하여 각각의 유효 유전율을 구한다.
첫째로 상기 Suspended 마이크로 스트립선로 모델(17)은, 도 4a의 Suspended 마이크로 스트립선로 모델의 구조 및 설계변수를 나타내는 단면도에 도시된 바와 같이, 일반적인 마이크로 스트립선로에 비해 접지면(20)과 제2유전체(12)가 간격 b를 두고 설치되는 점이 다르다. 따라서 일반적인 마이크로 스트립선로에 있어서의 유효 유전율과 달리 접지면(20)과 제2유전체(12) 사이의 간격 b를 고려하여 유효 유전율을 구한다.
둘째로 상기 슬롯 스트립선로 모델(18)은, 도 4b의 슬롯 스트립선로 모델의 구조 및 설계변수를 나타내는 단면도에 도시된 바와 같이, 공기층(21)의 두께가 제1유전체(15)와 제2유전체(12)의 두께에 비하여 아주 크다고 가정하여 슬롯(13)이 있는 부분을 슬롯 스트립선로 모델로 근사화하였다.
상기 슬롯 스트립선로 모델(18)에서의 유효 유전율은 슬롯(13)이 형성된 제1유전체(15)의 유전율이 2.2≤εr≤3.8일 경우에 근사식 적용이 가능하며 공진 주파수와 슬롯(13)의 폭 w의 비에 따라서 다른 수학식이 적용된다.
셋째로 상기 Covered 마이크로 스트립선로 모델(19)은, 도 4c의 Covered 마이크로 스트립선로 모델의 구조 및 설계변수를 나타내는 단면도에 도시된 바와 같이, 제1유전체(15), 급전회로부(14) 및 반사판(16)이 있는 구조를 근사한 모델로서일반적인 마이크로 스트립선로 구조에 덮개를 씌운 구조와 같다.
이러한 구조에서의 유효 유전율은 덮개가 없고 스트립선로의 두께를 무시할 때의 유효 유전율을 구한 다음, 덮개가 있는 구조에서의 보정 계수를 이용하여 보정함으로써 구할 수 있다.
따라서 상기 각각의 모델(17, 18, 19)에 따른 유효 유전율은 안테나 설계변수의 초기값과 제1, 제2유전체(15, 12)의 특성값을 대입하여 구할 수 있다.
그 다음, 제4단계(S4)는 상기 S3에서 구한 유효 유전율을 이용하여 안테나 설계변수의 전기적 길이를 결정한다.
즉, S3에서 구한 유효 유전율 값이 고려된 파장을 구하여 초기값으로 나누어주면 안테나의 설계변수에 대한 전기적 길이를 구할 수 있다.
하기의 표 1은 안테나 설계변수에 따른 유효 유전율과 전기적 길이를 나타내는 표로서, 공기층(21)의 두께(h_23)는 14mm이고, 제1유전체(15)와 반사판(16) 사이의 거리(h_12)는 20mm로 고정한 상태에서 안테나의 설계변수 초기값을 정하여 유효 유전율과 전기적 길이를 구하였다.
안테나 설계변수에 따른 유효 유전율과 전기적 길이
설계변수 근사 모델 초기값 (mm) 유전체의특성값 유효유전율 전기적길이(λ)
L_patch_edge Suspended 마이크로 스트립선로 모델 49.5 εr2=3.38 d2=32mil 1.0548 0.33045
L_patch_center 43.5 1.0579 0.29082
W_patch 54 1.0529 0.36017
W_slot_edge 슬롯 스트립선로모델 11 εr1=2.2 d1=62mil 1.0899 0.07465
W_slot_center 9 1.1023 0.06142
L_slot 43 1.0363 0.28453
L_stub Covered 마이크로 스트립선로 모델 6.2 1.9022 0.05558
W_stub 2.1 1.7883 0.01825
다음으로, 제5단계(S5)는 상기 S4에서 결정된 전기적 길이에 의하여 마이크로 스트립 안테나를 형성한다.
한편, 상기 S1부터 S5에 의하여 형성된 마이크로 안테나를 구성하는 제1, 제2유전체(15, 12) 기판의 종류를 변경하여 설계하고자 할 경우 다음과 같은 제 6 단계부터 제 10 단계의 과정을 거치게 된다.
먼저, 제6단계(S5)는 상기 S4에 의하여 결정한 전기적 길이를 안테나 설계변수의 초기값으로 하고, 상기 제1, 제2유전체(15, 12)의 변경된 특성값(εr1′, εr2′, d1′, d2′)을 결정한다.
그 다음, 제7단계(S7)는 상기 S2와 동일하게 안테나 구조를 3개의 근사 모델로 분리한다.
그 다음, 제8단계(S8)는 상기 S3과 동일한 방법에 의하여 각각의 근사 모델(17, 18, 19)에 대하여 새로운 유효 유전율을 구한다.
그 다음, 제9단계(S9)는 상기 S8에서 구한 새로운 유효 유전율에 의하여 설계변수의 물리적 길이를 구한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 제1유전체(15)의 유전율이 2.2에서 2.5로 변경되고, 제2유전체(12)의 유전율이 3.38에서 4.5로 변경될 경우, 유효 유전율의 변화와 설계변수의 물리적 길이는 하기 표 2의 유전체 기판의 변경에 따른 안테나 설계변수의 변화를 나타난 바와 같다.
유전체 기판 변경에 따른 안테나 설계변수의 변화
설계변수 근사 모델 초기값 유전체의특성값 유효유전율 물리적 길이의 변화(mm)
L_patch_edge Suspended 마이크로 스트립선로 모델 0.33045λ εr2′=4.5 d2′=15mil 1.0297 49.5 50.1
L_patch_center 0.29082λ 1.0314 43.5 44.05
W_patch 0.36017λ 1.0287 54 54.6
W_slot_edge 슬롯 스트립선로모델 0.07465λ εr1′=2.5 d1′=62mil 1.1198 11 10.8
W_slot_center 0.06142λ 1.1343 9 8.87
L_slot 0.28453λ 1.0414 43 42.9
L_stub Covered 마이크로 스트립선로 모델 0.05558λ 2.1257 6.2 5.86
W_stub 0.01825λ 1.9833 2.1 1.99
마지막으로 제10단계(S8)는 상기 S9에서 구한 물리적 길이에 의하여 마이크로 스트립 안테나를 설계한다.
이하에서는 스미스 도표를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.
도 6a는 본 발명에 의한 안테나의 설계변수 초기값과 유전체 특성값에 의한 입력 임피던스를 나타내는 스미스 도표이고, 6b는 본 발명에 의한 안테나의 설계변수 초기값과 변경된 유전체의 특성값에 의한 입력 임피던스를 나타내는 스미스 도표이고, 도 6c는 본 발명에 의한 안테나의 물리적 길이에 의한 입력 임피던스를 나타내는 스미스 도표로서, 이를 이용하여 안테나의 임피던스 정합 여부를 가시적으로 확인할 수 있다.
먼저, 도 6a에 의하면 표 1의 설계변수 값에 의한 안테나 입력 임피던스를 나타내며, 원하는 주파수 대역에서 임피던스 정합이 잘 되었음을 알 수 있다.
다음으로 도 6b는 안테나 설계변수의 물리적 길이를 상기 표 1의 초기값 그대로 이용한 경우 안테나의 입력 임피던스를 나타내며, 도 6a의 안테나 설계변수와 물리적 길이는 같지만 유전체 특성값의 변화로 인해 도 6a의 그래프와 많은 오차를 보이며, 원하는 주파수 대역에서 안테나 입력 임피던스가 중심을 벗어남을 알 수 있다.
마지막으로 도 6c는 변경된 유전체 특성값을 고려하여 안테나 설계변수의 물리적 길이를 상기 표 2의 결과값을 이용한 경우 안테나의 입력 임피던스를 나타내며, 도 6a의 그래프와 거의 일치하면서 원하는 주파수 대역에서 입력 임피던스 정합이 잘 됨을 알 수 있다.
즉, 유전체의 특성을 변화하더라도 입력 임피던스가 정합되는 안테나 설계변수의 물리적 길이를 용이하게 구할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나 및 그 설계방법을 사용하면 다음과 같은 효과가 있게 된다.
첫째, 유전체의 특성값 변화에 상관없이 원하는 주파수 대역에서 임피던스 정합이 잘 이루어짐으로써 이동통신, PCS 및 IMT-2000 기지국에 모두 사용할 수 있는 광대역 안테나를 설계할 수 있다.
둘째, 다른 주파수 대역을 사용하는 무선 이동 통신 서비스용 안테나에도 적용할 수 있으며, 특히 기지국의 공용화시 안테나와 기지국 시스템 사이에 다이플렉스(Diplexer)를 삽입함으로써 하나의 안테나만을 사용할 수 있어 케이블 재료비 및 포설비를 절감할 수 있다.
셋째, 적층구조의 안테나이므로 종래의 정형적인 철탑에 설치할 수 있을 뿐만 아니라 벽면 취부가 가능하여 도시 미관을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 광대역 특성을 갖는 기지국용 적층구조의 마이크로스트립 안테나에 있어서,
    반사판(16)의 상부에 일정 간격을 두고 제1유전체(15)와 그 상부에 제2유전체(12)를 설치하고, 상기 제1유전체(15)의 하부 중앙으로 급전회로부(14)를 도입하여 설치하고, 상기 제1유전체(15)의 상부 중앙에 접지면(20)을 설치하고, 상기 접지면(20)의 중앙에는 급전회로부(14)와 수직하고 중앙 양측으로 폭이 확장되는 슬롯(13)을 형성시키고, 상기 접지면(20)과 제2유전체(12) 사이에 공기층(21)을 형성시키고, 상기 제2유전체(12)의 상부 중앙 양측으로 폭이 확장되는 방사 소자부(11)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 기지국용 광대역 마이크로스트립 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사 소자부(11)의 최대길이(L_patch_edge)는 0.33045λ, 최소길이(L_patch_center)는 0.29082λ, 폭(W_patch)은 0.36017λ의 전기적 길이로 하고,
    상기 슬롯(13)의 최대폭(W_slot_edge)은 0.07465λ, 최소폭(W_slot_center)은 0.06142λ, 길이(L_slot)는 0.28453λ의 전기적 길이로 하고,
    상기 급전회로부(14) 스터브(Stub)의 길이(L_stub)는 0.05558λ,폭(W_stub)은 0.01825λ의 전기적 길이로 하는 것을 특징으로 하는 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나.
  3. 적층구조의 마이크로 스트립 안테나를 설계하는 방법에 있어서, 안테나의 설계변수의 초기값과 제1, 제2유전체(15, 12)의 특성값을 결정하는 단계(S1)와,
    안테나를 구성하는 접지면(20)을 기준으로 다수개의 스트립선로의 근사 모델로 분리하는 단계(S2)와,
    상기 다수개의 근사 모델에서 각각의 유효 유전율을 구하는 단계(S3)와,
    상기 유효 유전율에 의하여 안테나 설계변수의 전기적 길이를 결정하는 단계(S4)와,
    상기 전기적 길이를 이용하여 안테나를 형성하는 단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나의 설계방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기적 길이를 안테나 설계변수의 초기값으로 하고 제1, 제2유전체의 변경된 특성값을 결정하는 단계(S6)와,
    안테나를 구성하는 접지면(20)을 기준으로 스트립선로의 다수개의 근사 모델로 분리하는 단계(S7)와,
    상기 다수개의 근사 모델에서 각각의 새로운 유효 유전율을 구하는 단계(S8)와,
    상기 새로운 유효 유전율에 의하여 안테나 설계변수의 물리적 길이를 결정하는 단계(S9)와,
    상기 물리적 길이를 이용하여 안테나를 형성하는 단계(S10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나의 설계방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 S2에서의 안테나의 설계변수는 방사 소자부(11)의 최대길이(L_patch_edge), 최소길이(L_patch_center), 폭(W_patch)과, 슬롯(13)의 최대폭(W_slot_edge), 최소폭(W_slot_center), 길이(L_slot) 및 급전회로부(14) 스터브의 길이(L_stub), 폭(W_stub)으로 하고,
    상기 제1, 제2유전체(15, 12)의 특성값은 각각의 유전율(εr1, εr2)과 두께(d1, d2)로 하는 것을 특징으로 하는 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나의 설계방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 S3에서의 다수개의 근사 모델은 Suspended 마이크로 스트립선로 모델(17), 슬롯 스트립선로 모델(18) 및 Covered 마이크로 스트립선로 모델(19)의 3개의 근사 모델로 분리하는 것을 특징으로 하는 기지국용 광대역 마이크로 스트립 안테나의 설계방법.
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