KR20030076039A - Microstrip patch antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1회이상 접는 것에 의하여 대역폭이 증가되고 소형화가 가능할 뿐 안니라 패치 양측면으로부터 동일 위상으로 되는 방사전력을 활용할 수 있는 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip patch antenna. More particularly, the present invention relates to a microstrip patch antenna that can be increased in size and miniaturized by folding one or more times, and can utilize radiated power that is in phase from both sides of the patch. .
최근 무선통신의 기술이 발달함에 따라 휴대폰, PDA, GPS 등과 같은 정보통신 단말기가 보편화, 대중화가 가능하게 되었으며, 이들 정보통신 단말기에는 소형이며 경량인 마이크로스트립 패치 안테나의 사용이 증가하고 있는 추세이다.With the recent development of wireless communication technology, information communication terminals such as mobile phones, PDAs, GPS, etc. have become common and popularized, and the use of small and lightweight microstrip patch antennas has increased in these information communication terminals.
상기한 마이크로스트립 패치 안테나는 소형 경량이고 평면형으로 얇게 제조하는 것이 가능하며 대량생산이 가능하므로, 주로 사용되던 인공위성, 항공기, 미사일 등의 비행물체에서 일반인이 사용하는 휴대폰 등의 정보통신 단말기로 점차 그 영역을 넓혀 가고 있다.The microstrip patch antenna can be manufactured in a small size, light weight, flat and thin, and can be mass-produced. The area is expanding.
종래의 마이크로스트립 패치 안테나는 소정의 두께로 형성되는 유전체층을 사이에 두고, 한쪽(위쪽)에는 안테나의 역할을 하는 평면형상의 패치(patch)가 설치되고, 반대쪽(아래쪽)에는 접지판이 설치된다.The conventional microstrip patch antenna has a dielectric layer formed to a predetermined thickness therebetween, and a flat patch serving as an antenna is provided on one side (upper side), and a ground plate is provided on the opposite side (lower side).
상기에서 패치의 형상은 사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 고리형 등 다양한 형상으로 형성되며, 주로 사각형 또는 원형이 사용된다.The shape of the patch is formed in a variety of shapes, such as rectangular, circular, oval, triangular, annular, mainly square or circular is used.
상기한 패치로의 급전은 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 설치하여 급전하는 방식이나 프로브(probe)를 설치하여 급전하는 방식 등으로 이루어진다.The feeding to the patch may be performed by feeding a microstrip line and feeding the probe or by feeding a probe.
상기에서 마이크로스트립 라인을 이용한 급전방식은 급전 위치에 따라 안테나의 특성 및 입력 임피던스가 달라지므로 급전선과 패치 사이의 매칭이 중요한 요소로 작용하지만 제작이 용이하고, 프로브를 이용한 급전방식은 가장 매칭이 잘되는 지점을 찾아서 그 위치에 급전하는 것이 가능하므로 별도의 정합(matching)회로가 필요없다.In the feeding method using the microstrip line, the characteristics of the antenna and the input impedance are different according to the feeding position, so the matching between the feeding line and the patch works as an important factor, but it is easy to manufacture, and the feeding method using the probe is the best matching method. It is possible to find a point and feed it to that location, eliminating the need for a separate matching circuit.
일반적으로 마이크로스트립 패치 안테나의 크기는 설계 주파수의 파장에 비례하며, 동일한 주파수에 대하여 크기를 줄여 소형화하기 위해서는 유전체층을 형성하는 유전체로 비유전율이 높은 재질을 사용하여야 한다.In general, the size of the microstrip patch antenna is proportional to the wavelength of the design frequency. To reduce the size of the same frequency, the microstrip patch antenna has to be made of a dielectric material having a high dielectric constant to form a dielectric layer.
그러나 비유전율이 높은 유전체를 사용하면 안테나의 방사특성이 저하되어 결과적으로 이득이 저하되므로 한계가 있으며, 비유전율이 높은 유전체를 사용하여 안테나의 크기를 단축하는 데에도 한계가 있다.However, the use of a dielectric having a high dielectric constant has a limitation because the radiation characteristics of the antenna are degraded and the gain is consequently reduced. There is also a limitation in reducing the size of the antenna using a dielectric having a high dielectric constant.
그리고 유전체에 있어서 비유전율이 높아지면, 상대적으로 제조원가가 상승함은 물론, 생산수율이 급격하게 저하된다.In addition, when the dielectric constant of the dielectric is increased, the manufacturing cost is relatively increased, and the production yield is drastically lowered.
따라서 비유전율이 높은 유전체를 사용하면 안테나의 제조원가가 상승한다.Therefore, the use of a dielectric having a high dielectric constant increases the manufacturing cost of the antenna.
또 종래에는 안테나의 크기를 소형화하기 위해서 적층형으로 유전체층을 형성하는 방식이 연구되고 있지만, 제조공정의 복잡성과 높은 생산비용 때문에 실용화가 어려운 실정이다.In addition, in the related art, a method of forming a dielectric layer in a stacked type in order to reduce the size of an antenna has been studied. However, due to the complexity of the manufacturing process and the high production cost, it is difficult to put it into practical use.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동일한 유전체를 사용하면서도 간단한 방식으로 소형화가 가능하도록 패치를 1회이상 접은마이크로스트립 패치 안테나를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a microstrip patch antenna in which a patch is folded one or more times so as to be miniaturized in a simple manner while using the same dielectric.
또한 기존의 패치 안테나에 있어서의 방사전계는 길이방향의 동일 위상 전계뿐이었으나, 본 발명은 반파장 길이의 패치를 반으로 접는 것에 의하여 패치 측면의 전계도 동일 위상이 되어 패치의 수평면으로 수직전계가 방사되는 효과를 얻을 수 있는 마이크로스트립 패치 안테나를 제공하기 위한 것이다.In addition, the radiation field in the conventional patch antenna was only the same phase electric field in the longitudinal direction, but in the present invention, the electric field on the side of the patch is also in the same phase by folding the half-wavelength patch in half so that the vertical electric field is in the horizontal plane of the patch. It is to provide a microstrip patch antenna that can obtain a radiating effect.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예를 나타내는 사시도.1 is a perspective view showing a first embodiment of a microstrip patch antenna according to the present invention;
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제2실시예를 나타내는 사시도.3 is a perspective view showing a second embodiment of a microstrip patch antenna according to the present invention;
도 4는 도 3의 B-B선에 따른 단면도.4 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG.
도 5는 종래 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서 전계분포를 설명하기 위한 사시도.5 is a perspective view for explaining the electric field distribution in the conventional microstrip patch antenna.
도 6은 도 5에 나타낸 전계분포를 동일평면상에 전개하여 나타낸 평면도.6 is a plan view showing the electric field distribution shown in FIG. 5 unfolded on the same plane;
도 7은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예에 있어서 전계분포를 설명하기 위한 사시도.Figure 7 is a perspective view for explaining the electric field distribution in the first embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention.
도 8은 종래 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서 반사손실을 나타내는 그래프.8 is a graph showing the return loss in the conventional microstrip patch antenna.
도 9는 종래 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서 방사패턴을 나타내는 그래프.9 is a graph showing a radiation pattern in the conventional microstrip patch antenna.
도 10은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예에 있어서반사손실을 나타내는 그래프.10 is a graph showing the reflection loss in the first embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention;
도 11은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예에 있어서 방사패턴을 나타내는 그래프.11 is a graph showing a radiation pattern in the first embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention;
도 12는 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제2실시예에 있어서 반사손실을 나타내는 그래프.12 is a graph showing return loss in the second embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention;
도 13은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제2실시예에 있어서 방사패턴을 나타내는 그래프.13 is a graph showing a radiation pattern in a second embodiment of a microstrip patch antenna according to the present invention;
도 14는 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제3실시예를 나타내는 사시도.14 is a perspective view showing a third embodiment of a microstrip patch antenna according to the present invention;
도 15는 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제3실시예에 있어서 반사손실을 나타내는 그래프.15 is a graph showing return loss in the third embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention;
도 16은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제3실시예에 있어서 방사패턴을 나타내는 그래프.16 is a graph showing a radiation pattern in the third embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention.
도 17은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제4실시예를 나타내는 사시도.17 is a perspective view showing a fourth embodiment of a microstrip patch antenna according to the present invention;
도 18은 도 17의 C-C선에 따른 단면도.18 is a cross-sectional view taken along the line C-C in FIG. 17;
도 19는 도 17의 D-D선에 따른 단면도.19 is a cross-sectional view taken along the line D-D of FIG. 17;
도 20은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제5실시예를 나타내는 사시도.20 is a perspective view showing a fifth embodiment of a microstrip patch antenna according to the present invention;
본 발명이 제안하는 마이크로스트립 패치 안테나는 서로 소정의 간격을 두고 위치하도록 판형상을 1회이상 접어 형성하는 패치와, 상기한 접혀진 패치의 사이에 설치되는 접지판과, 상기한 접지판과 패치 사이에 소정의 두께로 형성되는 유전체층을 포함한다.The microstrip patch antenna proposed by the present invention includes a patch formed by folding a plate shape one or more times so as to be positioned at a predetermined distance from each other, a ground plate installed between the folded patches, and the ground plate and the patch. It includes a dielectric layer formed to a predetermined thickness.
상기한 패치는 측면에서 보아서 대략 "⊃"형상을 이루도록 중앙부분을 중심으로 반으로 접어 2층으로 형성하는 것도 가능하고, 이를 다시 접어 3층 또는 4층이상으로 형성하는 것도 가능하다.The patch can be formed in two layers by folding it in half about the center part to form a substantially "⊃" shape from the side, and can also be formed in three or more layers by folding it again.
상기한 패치에는 급전선이 연결되는 급전점을 형성한다.The patch forms a feed point to which a feed line is connected.
다음으로 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a preferred embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
먼저 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예는 도 1∼도 2에 나타낸 바와 같이, 서로 소정의 간격을 두고 위치하도록 판형상을 1회이상 접어 형성하는 패치(30)와, 상기한 접혀진 패치(30)의 사이에 설치되는 접지판(10)과, 상기한 접지판(10)과 패치(30) 사이에 소정의 두께로 형성되는 유전체층(20)을 포함한다.First, the first embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention, as shown in Figures 1 to 2, the patch 30 to form the plate shape to be folded one or more times to be located at a predetermined interval from each other, the folded And a ground plate 10 provided between the patches 30 and a dielectric layer 20 formed to a predetermined thickness between the ground plate 10 and the patch 30.
상기한 패치(30)는 측면에서 보아서 대략 "⊃"형상을 이루도록 중앙부분을 중심으로 반으로 접어 2층으로 형성한다.The patch 30 is formed in two layers folded in half about the center portion to form a substantially "⊃" shape when viewed from the side.
상기한 패치(30)에는 급전선(40)이 연결되는 급전점(36)을 형성한다.The patch 30 forms a feed point 36 to which the feed line 40 is connected.
상기한 급전점(36)은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 위쪽에 위치하는 패치(30)면에 형성하는 것도 가능하고, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 아래쪽에 위치하는 패치(30)면에 형성하는 것도 가능하다. 여기에서 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같은 급전방식을 상면급전이라 하고, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같은 급전방식을 하면급전이라 한다.The feed point 36 may be formed on the surface of the patch 30 positioned upward as shown in FIGS. 1 and 2, and the patch 30 positioned downward as shown in FIGS. 3 and 4. It is also possible to form on the surface. Here, the power feeding method as shown in Figs. 1 and 2 is called a top surface feeding, and the power feeding method as shown in Figs. 3 and 4 is called a power feeding.
상기한 유전체층(20)을 형성하는 유전체로는 일반적으로 알려진 테프론, 세라믹, 유리, 에폭시 등과 같은 다양한 재질의 유전체가 사용 가능하며, 스페이서부재를 설치하여 공기층으로 형성하는 것도 가능하다.As the dielectric for forming the dielectric layer 20, dielectric materials of various materials, such as Teflon, ceramic, glass, epoxy, and the like, which are generally known, may be used. The dielectric layer 20 may be formed of an air layer by installing a spacer member.
상기한 패치(30)는 구리(Cu)박판을 사용하여 형성하는 것도 가능하며, 전기전도도가 우수하고 성형성과 가공성이 좋은 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속박판을 사용하는 것도 가능하다.The patch 30 may be formed using a copper (Cu) thin plate, or may be a metal thin plate such as silver (Ag) or aluminum (Al) having excellent electrical conductivity and good formability and processability. .
상기한 접지판(10)은 알루미늄(Al) 등과 같이 전기전도도가 우수한 소재를 사용하여 형성하고, 크기 및 형상은 상기한 패치(30)에 대응하여 형성하는 것이 접지면적이 최대가 되므로 바람직하다.The ground plate 10 is preferably formed using a material having excellent electrical conductivity, such as aluminum (Al), and the size and shape of the ground plate 10 is preferably formed to correspond to the patch 30, so that the ground area is the maximum.
다음으로 상기와 같이 패치(30)를 접는 경우의 작용에 대하여 도 5∼도 7을 참조하여 설명한다.Next, the operation of folding the patch 30 as described above will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
일반적으로 도 5에 나타낸 바와 같이 평판으로 이루어지는 종래 패치(2)에 있어서 한쪽 모서리로부터 대략 2/3되는 지점에 급전점(4)을 형성하는 경우에는 화살표로 나타낸 바와 같은 전계분포가 발생한다. 도 6에는 이 전계분포를 동일 평면에 나타낸다. 도면에 있어서 화살표의 크기는 상대적인 전계의 크기를 나타낸다.In general, in the conventional patch 2 made of a flat plate as shown in Fig. 5, when the feed point 4 is formed at a point approximately two-thirds from one corner, the electric field distribution as indicated by the arrow occurs. This electric field distribution is shown in the same plane in FIG. In the figure, the magnitude of the arrow indicates the magnitude of the relative electric field.
도 5 및 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이 수평성분 전계의 방향이 상하 모서리에서는 같은 방향(위쪽을 향하는 화살표)으로 이루어지고, 좌우 모서리에서는 서로 반대방향(왼쪽을 향하는 화살표 및 오른쪽을 향하는 화살표)으로 이루어진다. 따라서 좌우 모서리의 경우에는 서로 상쇄되고, 상하 모서리의 경우에만 안테나로서의 특성을 발휘하게 된다.As can be seen from Figures 5 and 6 the direction of the horizontal component electric field is made in the same direction (up arrow) in the upper and lower corners, and in the left and right corners in the opposite direction (arrow to the left and arrow to the right) Is done. Therefore, the left and right corners cancel each other, and only the upper and lower corners exhibit the characteristics of the antenna.
도 8 및 도 9에는 길이 300㎜, 폭 300㎜인 접지면 위에 두께 3㎜로 비유전율 1.0인 유전체층을 형성하고, 상기한 패치(2)를 길이 72㎜, 폭 74㎜인 사각형상으로 형성하고, 급전점(4)은 중앙에서 길이방향으로 18㎜ 떨어진 지점에 프로브방식으로 연결한 다음, 반사손실 및 방사패턴을 측정한 결과를 그래프로 나타낸다.8 and 9, a dielectric layer having a dielectric constant of 1.0 with a thickness of 3 mm is formed on a ground plane having a length of 300 mm and a width of 300 mm, and the patch 2 is formed in a rectangular shape having a length of 72 mm and a width of 74 mm. , The feed point 4 is connected to the point 18mm in the longitudinal direction from the center by a probe method, and then shows the result of measuring the return loss and the radiation pattern in a graph.
도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 패치(2)를 사용한 경우에는 중심 주파수 1.81㎓에서 반사손실 특성이 -20㏈로 나타나고, -10㏈ 대역폭은 49.5㎒(2.75%)를 나타낸다. 따라서 필요 대역폭이 120㎒(6.63%)인 PCS용 안테나의 특성을 만족하지 못하고 있음을 알 수 있다.As can be seen from Fig. 8, when the conventional patch 2 is used, the return loss characteristic is represented by -20 Hz at the center frequency of 1.81 Hz, and the -10 Hz bandwidth is 49.5 MHz (2.75%). Therefore, it can be seen that the characteristics of the PCS antenna having the required bandwidth of 120 MHz (6.63%) are not satisfied.
또 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 패치(2)를 사용한 경우에는 최대이득이 6.5㏈d로 나타나고, -3㏈ 빔폭은 E-plane에서는 70°, H-plane에서는 73°를 나타내었다. 그리고 접지면 뒤로는 방사가 거의 없어 휴대용 이동통신 단말기 등에 사용하는 경우에는 지향패턴 면에서 음영부분이 발생할 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from FIG. 9, when the conventional patch 2 was used, the maximum gain was 6.5 dB d, and the -3 dB beam width was 70 ° in the E-plane and 73 ° in the H-plane. And since there is almost no radiation behind the ground plane, it can be seen that the shadow portion may occur in the orientation pattern when used in a portable mobile communication terminal.
그러나 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제1실시예의 경우에는 도 7에 나타낸 바와 같이, 패치(30)를 대략 "⊃"형상으로 접어 형성하므로, 전계의 방향이 좌우 모서리에서도 동일방향(위쪽을 향하는 화살표)으로 나타나 좌우 모서리에서도 안테나로서의 특성을 발휘하게 된다.However, in the case of the first embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention, as shown in Fig. 7, the patch 30 is formed to be folded into a substantially "⊃" shape, so that the direction of the electric field is the same in the left and right corners. Arrow) to show the characteristics of the antenna in the left and right corners.
도 10 및 도 11에는 길이 120㎜, 폭 80㎜, 두께 3㎜로 비유전율 1.0인 유전체층(20)을 형성하고, 이 유전체층(20) 위에 상기한 패치(30)를 길이 78㎜, 폭 72㎜인 사각형상을 폭방향의 중앙선을 기준으로 "⊃"형상으로 반으로 접고, 중앙에 위치하는 유전체층(20) 사이에는 접지판(10)을 설치한 상태에서 급전점(36)을 위쪽면에 프로브방식으로 연결한 다음, 반사손실 및 방사패턴을 측정한 결과를 그래프로 나타낸다.10 and 11, a dielectric layer 20 having a relative dielectric constant of 1.0 with a length of 120 mm, a width of 80 mm, and a thickness of 3 mm is formed. The patch 30 is 78 mm long and 72 mm wide on the dielectric layer 20. 사각형 rectangular shape is folded in half in the shape of “⊃” with respect to the center line in the width direction, and the feed point 36 is probed on the upper surface with the ground plate 10 installed between the dielectric layers 20 located at the center. After the connection is made, the result of measuring the return loss and the radiation pattern is displayed graphically.
도 12 및 도 13에는 급전점(36)만을 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 아래쪽면에 연결한 하면급전 상태에서 반사손실 및 방사패턴을 측정한 결과를 그래프로 나타낸다.12 and 13 graphically show the results of measuring the reflection loss and the radiation pattern in the lower surface power supply state in which only the feed point 36 is connected to the lower surface as shown in FIGS. 3 and 4.
상기한 도 10∼도 13의 경우에는 패치(30)의 한쪽면은 각각 길이 36㎜, 폭 72㎜로 이루어지며, 동일한 면적이 상하로 배치된 상태이므로, 종래 패치(2)에 비하여 면적이 1/2로 축소된다.10 to 13, one side of the patch 30 has a length of 36 mm and a width of 72 mm, respectively, and since the same area is disposed up and down, the area is 1 compared with the conventional patch 2. Is reduced to / 2.
도 10 및 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 반사손실은 중심 주파수 1.81㎓에서 상면급전의 경우에는 -21㏈, 하면급전의 경우에는 -23㏈로 나타나고, -10㏈ 대역폭은 상면급전의 경우에는 126㎒(6.96%), 하면급전의 경우에는 109㎒(6.02%)를 나타낸다. 따라서 필요 대역폭이 120㎒(6.63%)인 PCS용 안테나의 특성을 만족하고 있음을 알 수 있으며, 이로부터 패치(30)의 중앙을 접는 것에 의하여 전계의 방향이 왜곡되어 광대역화가 이루어지는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from Figs. 10 and 12, the return loss is represented by -21 ㏈ for the top feed and -23 하면 for the bottom feed at the center frequency of 1.81 kHz, and -10 ㏈ bandwidth for the top feed. 126 MHz (6.96%), and 109 MHz (6.02%) in the case of lower surface feeding. Therefore, it can be seen that the characteristics of the PCS antenna having the required bandwidth of 120 MHz (6.63%) are satisfied. From this, the direction of the electric field is distorted by folding the center of the patch 30, thereby making it possible to widen the bandwidth. .
또 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 상면급전의 경우에는 최대이득은 1.2㏈d이고, E-plane이 180° 부근에서 5㏈의 이득저하를 나타내고 있으나 전체적으로 거의 omni-direction 특성을 나타내었고, H-plane에서는 -3㏈ 빔폭이 상면은 72°, 하면은 65°의 "8"자형 특성을 나타내었다. 이로부터 급전점(36)의 전계분포가 비급전점보다 강하여 비대칭구조의 방사특성이 나타나는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from FIG. 11, in the case of the top feed, the maximum gain was 1.2 dBd, and the E-plane showed a gain reduction of 5 dB at about 180 °, but showed almost omni-direction characteristics as a whole. In -plane, the beam width of -3㏈ was 72 ° on the upper surface and 65 ° on the lower surface. From this, it can be seen that the electric field distribution of the feed point 36 is stronger than the non-feed point, so that the radiation characteristic of the asymmetric structure appears.
그리고 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 하면급전의 경우에는 최대이득은 0㏈d이고, E-plane은 상면급전의 경우보다 더욱 양호한 omni-direction 특성을 나타내었고, H-plane에서는 -3㏈ 빔폭이 상면은 69°, 하면은 85°의 "8"자형 특성을 나타내었다.As can be seen from FIG. 13, the maximum gain was 0 dBd in the case of the lower surface feeding, and the E-plane showed better omni-direction characteristics than the case of the upper surface feeding, and the -3 dB beam width in the H-plane. The upper surface shows "8" shape characteristics of 69 degrees and the lower surface of 85 degrees.
따라서 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 실시예를 휴대용 이동통신 단말기에 장착하는 경우 H-plane이 "8"자형의 특성과 수평방향으로 omni-derection 특성을 나타내므로 양방향의 방사특성을 얻을 수 있으며, E-plane이 omni-direction 패턴을 유지하므로 휴대용 이동통신 단말기의 자세변화에 상관없이 통화가 가능한 송수신능력을 확보할 수 있다.Therefore, when the embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention is mounted on a portable mobile communication terminal, since the H-plane exhibits the "8" shape and omni-derection in the horizontal direction, bidirectional radiation characteristics can be obtained. As the E-plane maintains omni-direction pattern, it is possible to secure transmission / receiving capability regardless of posture change of portable mobile communication terminal.
그리고 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제3실시예는 도 14에나타낸 바와 같이, 패치(32)를 상면 및 하면에서 보아서 대략 삼각형상을 이루도록 형성한다.In the third embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention, as shown in FIG. 14, the patch 32 is formed to have a substantially triangular shape when viewed from the top and bottom surfaces.
도 15 및 도 16에는 상기한 패치(32)를 상면과 하면에서 밑면 116㎜, 높이 55㎜인 이등변삼각형을 이루도록 형성하고 상면급전을 하는 상태에서 반사손실과 방사패턴을 측정한 결과를 그래프로 나타낸다.15 and 16 are graphs showing the results of measuring the reflection loss and the radiation pattern in the state where the patch 32 is formed to form an isosceles triangle of 116 mm on the bottom and 55 mm in height from the top and bottom and the top surface is fed. .
도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 반사손실은 중심 주파수 1.81㎓에서 -24.6㏈로 나타나고, -10㏈ 대역폭은 86㎒(4.75%)를 나타낸다. 따라서 대역폭이 상기한 제1실시예와 비교하여 다소 협대역화되었음을 알 수 있으나, 2개의 직선편파가 수직과 수평으로 방사되므로 휴대용 이동통신 단말기의 위치 형태에 관계없이 제1실시예보다는 더 양호한 편파 다양성(diversity) 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.As can be seen from FIG. 15, the return loss is represented by -24.6 Hz at the center frequency of 1.81 Hz, and the -10 Hz bandwidth is 86 MHz (4.75%). Therefore, it can be seen that the bandwidth is somewhat narrower than that of the first embodiment. However, since two linearly polarized waves are radiated vertically and horizontally, the polarization is better than that of the first embodiment regardless of the position type of the portable mobile communication terminal. The advantage is that diversity can be achieved.
또 도 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 최대이득은 1㏈d이고, -3㏈ 빔폭이 상면은 72°, 하면은 65°이며, E-plane에서 180° 부근에서는 5㏈의 이득저하를 나타내고 있으나 전체적으로 거의 omni-direction 특성을 나타내었고, H-plane에서는 하면 205° 부근에서 약간 레벨 저하가 있는 일그러진 "8"자형 특성을 나타내었다.As can be seen from FIG. 16, the maximum gain is 1 dB, the -3 dB beam width is 72 ° on the upper surface, 65 ° on the lower surface, and 5 dB gain reduction around 180 ° on the E-plane. Overall omni-direction characteristics were exhibited, and the H-plane exhibited a distorted "8" shape with a slight level drop around 205 °.
상기한 도 8∼도 13 및 도 15∼도 16의 그래프에 나타난 반사손실 및 방사패턴에 대한 측정결과를 다음의 표 1에 정리하여 나타낸다.The measurement results for the reflection loss and the radiation pattern shown in the graphs of FIGS. 8 to 13 and 15 to 16 are shown in Table 1 below.
상기한 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래 기술에 비하여 본 발명에 따른 제1실시예∼제3실시예가 -10㏈ 대역폭이 대략 2∼3배 정도 광대역화하여 휴대용 이동통신 단말기에 적용하는 것이 가능하고, E-plane이 omni-direction을 나타내므로 유해한 전자파에 사용자가 노출될 위험성이 낮아지고, H-plane이 "8"자형을 나타내므로 양방향의 방사특성이 있어 지향패턴이 우수함을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, compared with the prior art, the first to third embodiments of the present invention have a -10 ㏈ bandwidth of about 2 to 3 times wider and are applied to a portable mobile communication terminal. Because the E-plane shows omni-direction, the risk of user exposure to harmful electromagnetic waves is lowered, and since the H-plane shows an "8" shape, it has a bidirectional radiation characteristic, so the direction pattern is excellent. .
그리고 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제4실시예는 도 17∼도 19에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 바와 같은 상태에서 다시 한번 더 접어 형성한다.In the fourth embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention, as shown in FIGS. 17 to 19, the microstrip patch antenna is folded once again in the state shown in FIG.
예를 들면 패치(34)를 하나의 평판형상을 길이방향으로 한번 접은 상태에서 다시 폭방향으로 접어 형성한다.For example, the patch 34 is formed by folding one flat plate shape in the longitudinal direction once again in the width direction.
상기와 같이 패치(34)를 접는 경우에 패치(34)면끼리 접촉하지 않도록 유전체층(20)을 형성하고, 유전체층(20) 사이에는 접지판(10)을 설치한다. 즉 모든 영역에 있어서 접지판(10), 유전체층(20), 패치(34)의 순서로 위치하도록 구성한다.When the patch 34 is folded as described above, the dielectric layer 20 is formed so that the surfaces of the patch 34 do not contact each other, and a ground plate 10 is provided between the dielectric layers 20. That is, in all areas, the ground plate 10, the dielectric layer 20, and the patch 34 are arranged in this order.
이 경우에는 전체의 길이와 폭의 크기를 상기한 제1실시예에 비하여 다시 1/2로 감소시키는 것이 가능하다.In this case, it is possible to reduce the size of the entire length and width to 1/2 again as compared with the first embodiment described above.
본 발명은 상기한 접지판(10), 유전체층(20) 및 패치(30)의 형상을 사각형으로 형성하여 접는 것에 한정되는 것이 아니고, 원형, 타원형, 삼각형, 오각형 등의 다각형, 고리(ring)형, 부채꼴형, 부채꼴 고리형 등의 다양한 형상으로 필요에 따라 적당하게 설정하여 형성한 다음 이를 1회이상 접어 형성하는 것도 가능하다.The present invention is not limited to folding and forming the shape of the ground plate 10, the dielectric layer 20 and the patch 30 in the form of a rectangle, a polygon, such as a circle, oval, triangle, pentagon, ring , Fan-shaped, fan-shaped ring, etc. in a variety of shapes can be set to suitably, if necessary, and then folded one or more times can be formed.
그리고 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제5실시예는 도 20에 나타낸 바와 같이, 패치(35)를 이웃하는 한쪽 양면은 개방되고 다른쪽 양면은 상면과 하면에 연결되어 폐쇄되는 형상으로 형성하고, 상기한 유전체층(20)은 상기한 패치(35)에 대응되는 형상으로 형성하고, 상기한 접지판(10)은 중앙에 판형상으로 형성한다.In a fifth embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention, as shown in FIG. 20, the patch 35 is formed in a shape in which one side of the neighboring sides is open and the other side is connected to the top and bottom surfaces and closed. The dielectric layer 20 is formed in a shape corresponding to the patch 35, and the ground plate 10 is formed in a plate shape at the center thereof.
즉 도 1과 같은 상태에서 "⊃"형상의 수직부와 이웃하는 한쪽 옆면도 상면 및 하면에 연결되는 형상으로 패치(35)를 형성한다.That is, in the state as shown in FIG. 1, the patch 35 is formed in a shape that is connected to the upper surface and the lower surface of one side surface adjacent to the vertical portion of the "⊃" shape.
상기한 제5실시예에 있어서도 상기한 구성 이외에는 상기한 제1실시예와 마찬가지의 구성으로 실시하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.Also in the above-described fifth embodiment, the present invention can be implemented in the same configuration as the above-described first embodiment except for the above-described configuration, and thus a detailed description thereof will be omitted.
상기에서는 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.In the above, a preferred embodiment of the microstrip patch antenna according to the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. This also belongs to the scope of the present invention.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나에 의하면, 패치를 1회이상 접어 형성하는 것에 의하여 평면의 크기를 감소시킬 수 있으므로, 소형화가 가능하다.According to the microstrip patch antenna according to the present invention as described above, the size of the plane can be reduced by folding the patch one or more times, so that miniaturization is possible.
또 패치를 접는 것에 의하여 지향패턴이 다양화 되므로 휴대용 이동통신 단말기의 지향성을 향상시킬 수 있다. 즉 예를 들면 패치를 한번 접는 경우에 H-plane이 "8"자형을 나타내어 양방향의 지향패턴을 나타낸다. 또한 수직편파의 수평방향으로 H-plane이 omni-derection 패턴 특성을 나타낸다.In addition, since the orientation pattern is diversified by folding the patch, the directivity of the portable mobile communication terminal can be improved. That is, for example, when the patch is folded once, the H-plane has an "8" shape to indicate a bidirectional direction pattern. In addition, the H-plane shows the omni-derection pattern in the horizontal direction of the vertical polarization.
그리고 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나에 의하면, E-plane이 omni-direction을 나타내므로 휴대용 이동통신 단말기의 위치형태에 따른 전자파의 영향이 감소된다.In addition, according to the microstrip patch antenna according to the present invention, since the E-plane shows omni-direction, the influence of electromagnetic waves according to the position type of the portable mobile communication terminal is reduced.
그리고 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 종래 유전체층을 적층식으로 형성하는 방법에 비하여 제조공정이 쉽고 간단하므로, 대량생산이 가능하고 소형화 및 경량화가 가능하여 휴대폰이나 PDA, GPS 등의 정보통신기기에 적용하기가 매우 용이하다.In addition, the microstrip patch antenna according to the present invention is easier and simpler to manufacture than the conventional method of forming the dielectric layer in a stack type, and thus can be mass-produced and miniaturized and lightened to information communication devices such as mobile phones, PDAs, and GPS. Very easy to apply
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