KR20040004219A - Wide band antenna for wireless LAN - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 랜 광대역 안테나에 관한 것으로서, 특히 세라믹 유전체와 임피던스 정합소자를 이용하여 광대역 특성을 구현하는 무선 랜 광대역 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a WLAN broadband antenna, and more particularly, to a WLAN broadband antenna that implements broadband characteristics by using a ceramic dielectric and an impedance matching device.
광대역 안테나는 이동통신 및 데이터통신 등에 사용되는 전방향 지향성 안테나로서, 같은 용도로서 λ/4 수직 접지안테나, 헤리컬 안테나, 이득개선용 5λ/8로드안테나, 다이폴 안테나 및 상기 안테나 등을 응용 제작한 다이폴어레이 안테나, 슬리브어레이안테나, 로드안테나 등이 있다.Broadband antennas are omnidirectional antennas used in mobile and data communications.They have λ / 4 vertical ground antennas, helical antennas, 5λ / 8 rod antennas for gain improvement, dipole antennas, and the like. Dipole array antenna, sleeve array antenna, rod antenna and the like.
상기 광대역 안테나로서 제공되는 전방향 지향성 안테나 중에서 개인휴대통신서비스에 많이 이용되는 로드안테나가 있는 바, 그 로드안테나는 로딩 코일을 이용하여 이득을 개선시킨 안테나이다.Among the omnidirectional antennas provided as the broadband antennas, there is a load antenna which is widely used for personal mobile communication services, and the load antenna is an antenna having improved gain by using a loading coil.
그와 같은 로드안테나를 포함하는 광대역 안테나는 실제 제작공정이 복잡하고 조립 및 납땜 등의 과정에서 안테나 특성이 틀려지는 경우가 많이 발생한다.The broadband antenna including such a load antenna is often complicated in the actual manufacturing process, and often the antenna characteristics are incorrect during assembly and soldering.
또한, 수평 전방향에서의 이득이 고르지 않고 수신이득의 최고와 최저 레벨차가 옴니 안테나의 특성기준을 만족하지 못하고 있다.In addition, the gain in the horizontal omnidirectional is uneven, and the difference between the highest and lowest level of the reception gain does not satisfy the characteristic criteria of the omni antenna.
뿐만 아니라, 조립이나 납땜시에 로드안테나인 경우 λ/2의 전기적인 길이를 정확하게 맞추어서설계하지 못하는 경우가 있으며, 만약 λ/2의 전기적인 길이를정확하게 맞추어서 설계한다고 하더라도 어레이가 많을수록 이득이 높아지기는 하나 수직패턴이 하향을 지향하는 문제가 있었다.In addition, in the case of rod antennas during assembly or soldering, it may not be possible to precisely design the electrical length of λ / 2, and even if the electrical length of λ / 2 is designed to be accurate, the larger the array, the higher the gain. However, there was a problem that the vertical pattern is directed downward.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다수의 주파수 대역에서 주파수의 공진을 최대화시켜 성능을 향상시키고, 전방향성 패턴이 균일하면서도 주파수 특성이 광대역을 나타내도록 하는 무선 랜 광대역 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a WLAN broadband antenna that maximizes the resonance of a frequency in a plurality of frequency bands, thereby improving performance, and having a uniform omnidirectional pattern while exhibiting a wide band of frequency characteristics. Has its purpose.
또한, 본 발명의 다른 목적은 안테나 구성이 간단하여 조립이 쉬운 무선 랜 광대역 안테나를 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a wireless broadband antenna easy to assemble the antenna configuration is simple.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 PCB 보드상에 장착된 무선 랜 광대역 안테나의 사시도,1 is a perspective view of a WLAN broadband antenna mounted on a PCB board according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 무선 랜 광대역 안테나의 분리사시도,2 is an exploded perspective view of a WLAN broadband antenna of the present invention;
도 3은 본 발명의 무선 랜 광대역 안테나의 단면도,3 is a cross-sectional view of a wireless LAN broadband antenna of the present invention,
도 4는 4.8㎓에서 6㎓까지의 전 대역에서 도 1의 안테나의 정재파비(VSWR)를 측정한 결과를 보여주는 그래프,4 is a graph showing the results of measuring the standing wave ratio (VSWR) of the antenna of FIG. 1 in the entire band from 4.8 GHz to 6 GHz;
도 5a는 4.8㎓에서 도 1의 안테나의 방사패턴을 측정하여 나타낸 수평패턴 도면,5a is a horizontal pattern diagram of a radiation pattern of the antenna of FIG. 1 measured at 4.8 GHz;
도 5b는 6㎓에서 도 1의 안테나의 방사패턴을 측정하여 나타낸 수평패턴 도면이다.FIG. 5B is a horizontal pattern diagram illustrating a radiation pattern of the antenna of FIG. 1 at 6 Hz. FIG.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10. PCB 보드 100. 무선 랜 광대역 안테나10. PCB board 100. WLAN broadband antenna
110. 모노폴 소자 120. 세라믹 유전체110. Monopole device 120. Ceramic dielectric
130. 임피던스 정합소자130. Impedance Matching Device
무선 랜 시스템에서 무선 통신장치와 함께 사용되는 무선 랜 광대역 안테나를 개시한다.Disclosed is a WLAN broadband antenna used with a wireless communication device in a WLAN system.
상기 무선 랜 광대역 안테나는 급전라인의 소정 위치에 형성된 급전홀에 끼움 고정되는 급전핀을 갖는 모노폴 소자에 의해 RF 신호를 전방향으로 방사시키는 구성을 갖는다. 그 모노폴 소자의 외경에는 순차적으로 세라믹 유전체와 임피던스 정합소자가 둘러쌓여 있고 모노폴 소자는 세라믹 유전체에 압입 고정되고, 세라믹 유전체는 임피던스 정합소자에 압입 고정되도록 제공된다.The WLAN wideband antenna has a configuration in which the RF signal is radiated in all directions by a monopole element having a feed pin fixed to a feed hole formed at a predetermined position of a feed line. The outer diameter of the monopole element is sequentially surrounded by a ceramic dielectric and an impedance matching element, the monopole element is press-fit fixed to the ceramic dielectric, and the ceramic dielectric is provided to be press-fit fixed to the impedance matching element.
그리고, 임피던스 정합소자와 모노폴 소자의 높이 비와 임피던스 정합소자의내경과 모노폴 소자의 외경 비에 의해 광대역(바람직하게는 4.9㎓ - 5.85㎓)에서 전방향성 방사 특성을 갖는다.The ratio of the height of the impedance matching element to the monopole element, the inner diameter of the impedance matching element and the ratio of the outer diameter of the monopole element have omnidirectional radiation characteristics over a wide band (preferably 4.9 kV to 5.85 kV).
또한, 임피던스 정합소자와 모노폴 소자의 재질은 금속과 유사한 특성을 나타내는 재질을 사용한다.In addition, the material of the impedance matching device and the monopole device uses a material exhibiting similar characteristics to the metal.
상기에서 전술되거나 또는 기재되지 않은 본 발명에 따른 무선 랜 광대역 안테나의 특성과 효과는 이하에서 도면을 참조하여 설명하는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명백해질 것이다.The characteristics and effects of the WLAN broadband antenna according to the present invention, which is not described above or described above, will become more apparent through the preferred embodiments described below with reference to the drawings.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참보하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 PCB 보드상에 장착된 무선 랜 광대역 안테나의 사시도, 도 2는 본 발명의 무선 랜 광대역 안테나의 분리사시도, 도 3은 단면도이다.1 is a perspective view of a WLAN broadband antenna mounted on a PCB board according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view of the WLAN broadband antenna of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view.
이에 도시된 바와 같이, 무선 랜 광대역 안테나(100)는 PCB 보드(10)의 급전홀에 연결되어 전자파를 인가받는 급전핀(120), 상기 급전핀(120)과 일체 형성되며 그 급전핀(120)을 통해 입력되는 고주파 신호를 공진시키는 모노폴 소자(110), 상기 모노폴 소자(110)가 압입고정되도록 중앙에 관통홀이 형성되는 세라믹 유전체(130), 및 상기 세라믹 유전체(130)를 압입 고정하며 상기 PCB 보드(10)의 그라운드면과 연결되는 임피던스 정합소자(140)로 구성된다.As shown in the drawing, the wireless broadband WLAN antenna 100 is connected to the power supply hole of the PCB board 10 and is formed integrally with the power supply pin 120 and the power supply pin 120 to which electromagnetic waves are applied. A monopole element 110 for resonating a high frequency signal input through the second electrode, a ceramic dielectric 130 having a through hole formed in the center thereof to press-fix the monopole element 110, and press-fit the ceramic dielectric 130 The impedance matching device 140 is connected to the ground plane of the PCB board 10.
상기 모노폴 소자(110)는 단차가 있는 대략 일체형의 원형봉의 구조를 갖으며, 바람직하게 상측에 있는 원형부재의 직경이 하측에 있는 원형부재의 직경보다 크게 형성된다.The monopole element 110 has a structure of a substantially integral circular rod with a step, and preferably the diameter of the circular member on the upper side is larger than the diameter of the circular member on the lower side.
상기 모노폴 소자(110) 하단에 일체 형성된 급전핀(120)은 그라운드면의 급전라인과 연결되어 그 그라운드면상에 위치하게 되고, 모노폴 소자(110)는 급전핀(120)의 길이만큼 상측에 고정되어 있기 때문에 그라운드면에 직접 연결되지 않는 구성을 이룬다.The feed pin 120 formed integrally with the lower end of the monopole element 110 is connected to the feed line of the ground plane and is located on the ground plane, and the monopole element 110 is fixed to the upper side by the length of the feed pin 120. As a result, it does not connect directly to the ground plane.
상기 임피던스 정합소자(140)는 상기 세라믹 유전체(130)에 인쇄된 패턴형태를 갖는다.The impedance matching element 140 has a pattern form printed on the ceramic dielectric 130.
그러한 임피던스 정합소자(140)는, 상기 급전핀(120)을 그라운드면에 고정하면서도 상기 급전핀(120)의 중신도선에는 접지되지 않고 그라운드면 위에 위치하여 접지된 구성을 갖는다.The impedance matching device 140 has a configuration in which the feed pin 120 is fixed to the ground surface but is grounded on the ground surface instead of being grounded to the central conductor wire of the feed pin 120.
따라서, 본 발명의 안테나는 그라운드면의 급전라인에 급전핀(120)이 고정되며 모노폴 소자(110)의 하단부를 둘러싸고 있는 세라믹 유전체(130)와 임피던스 정합소자(140)는 그라운드면에 접지되어 위치하게 된다. 그리고, 모노폴 소자(110)는 급전핀(120)의 중심도선과 연결된다. 또한 모노폴 소자(110)와 임피던스 정합소자(140)는 접지되지 않으며, 상기 그라운드면과 임피던스 정합소자는(140) 접지되도록 한다.Therefore, in the antenna of the present invention, the feed pin 120 is fixed to the feed line of the ground plane, and the ceramic dielectric 130 and the impedance matching element 140 surrounding the lower end of the monopole element 110 are grounded on the ground plane. Done. The monopole element 110 is connected to the center lead of the feed pin 120. In addition, the monopole device 110 and the impedance matching device 140 are not grounded, and the ground plane and the impedance matching device 140 are grounded.
그와 같이 구성된 무선 랜 광대역 안테나가 광대역 특성을 구현하기 위해서는, 임피던스 정합소자의 높이(h2)가 모노폴 소자의 높이(h1)보다 1/2 이상이 되어야 하며, 모노폴 소자의 외경(L1)과 임피던스 정합소자의 내경(L1)의 비율이 1:5의비율이 되어야 한다. 즉, 임피던스 정합소자(140)의 높이(h2)가 모노폴 소자(110)의 높이(h1)보다 높거나 1/2 이하로 되면 광대역 특성을 제공할 수 없으며, 또한 모노폴 소자(110)의 외경과 임피던스 정합소자(140)의 내경의 비율이 상기 1:5의 비율을 초과하거나 작게되면 대역폭이 감소되어 광대역 특성을 제공하지 못하는 것이다.In order to implement the broadband characteristics of the WLAN broadband antenna configured as described above, the height h2 of the impedance matching element should be 1/2 or more than the height h1 of the monopole element, and the outer diameter L1 and the impedance of the monopole element. The ratio of the inner diameter L1 of the matching element should be 1: 5. That is, when the height h2 of the impedance matching element 140 becomes higher than or equal to 1/2 or less than the height h1 of the monopole element 110, it cannot provide broadband characteristics, and also the outer diameter of the monopole element 110 When the ratio of the inner diameter of the impedance matching element 140 exceeds or decreases the ratio of 1: 5, the bandwidth is reduced, thereby failing to provide broadband characteristics.
따라서, 광대역의 주파수 특성을 제공하기 위해서는 임피던스 정합소자의 반경과 높이를 조절해야 한다.Therefore, in order to provide a wide frequency characteristic, it is necessary to adjust the radius and height of the impedance matching element.
도 4는 4.8㎓에서 6㎓까지의 전 대역에서 도 1의 안테나의 정재파비(VSWR)를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing the results of measuring the standing wave ratio (VSWR) of the antenna of FIG. 1 in the entire band from 4.8 GHz to 6 GHz.
이를 참조하면, 4.8㎓ 및 6㎓ 범위의 주파수 대역에서 1.5:1의 정재파비(VSWR)가 나타나는 것으로 측정됨을 알 수 있다.Referring to this, it can be seen that the standing wave ratio (VSWR) of 1.5: 1 appears in the frequency bands of 4.8 GHz and 6 GHz.
사용주파수 4.8㎓에서 본 발명의 무선 랜 광대역 안테나의 방사패턴을 측정하여 보인 도 5a와 사용주파수 6㎓에서 본 발명의 무선 랜 광대역 안테나의 방사패턴을 측정하여 보인 도 5b를 참조하면, 수평 패턴이 대략의 원형 패턴으로 나타나고 있기 때문에 전방향성 방사 특성을 갖고 있음을 알 수 있다.5A shows the radiation pattern of the WLAN broadband antenna of the present invention at a frequency of 4.8 GHz, and FIG. 5B shows the radiation pattern of the WLAN broadband antenna of the present invention at a frequency of 6 GHz. It appears that it has an omnidirectional radiation characteristic because it appears in a roughly circular pattern.
한편, 본 발명의 무선 랜 광대역 안테나는 상기 모노폴 소자와 임피던스 정합소자 사이게 개재되는 유전체 없이 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이 경우 유전체에 인쇄되는 패턴이 상기 임피던스 정합소자에 형성되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the WLAN broadband antenna of the present invention can perform impedance matching without a dielectric interposed between the monopole element and the impedance matching element. In this case, it is preferable that a pattern printed on the dielectric is formed on the impedance matching element.
본 발명의 무선 랜 광대역 안테나에 따르면, 임피던스 매칭을 위한 임피던스 정합소자와 모노폴 소자의 구현으로 전방향성 방사패턴이 있는 광대역 안테나(4.9㎓ - 5.85㎓)를 간단하게 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the WLAN broadband antenna of the present invention, by implementing the impedance matching element and the monopole element for impedance matching, there is an effect that it is possible to simply provide a broadband antenna (4.9 GHz-5.85 GHz) having an omnidirectional radiation pattern.
그리고, 세라믹 유전체를 모노폴 소자와 임피던스 정합소자 사이에 개재하도록 함으로써 안테나의 전체 크기를 줄일 수 있게 되었다.In addition, by interposing the ceramic dielectric between the monopole element and the impedance matching element, the overall size of the antenna can be reduced.
이상에서, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 수정 및 변경될 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, but the present invention may be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims by those skilled in the art. There will be.
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