KR20040108212A - Microstrip antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미앤더 형상으로 슬롯이 형성된 접지용 금속 도체부에 슬롯을 따라 금속 도체부를 형성하여 안정적인 고조파 억압 특성을 갖는 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip antenna, and more particularly, to a microstrip antenna having stable harmonic suppression characteristics by forming a metal conductor portion along a slot in a ground metal conductor portion having a slot formed in a meander shape.
종래의 마이크로스트립 안테나는 원하는 기본 주파수 대역 이외에 기본 주파수의 정수배에 해당하는 주파수(고조파) 대역에서도 공진이 발생하게 되었고, 고조파 대역에서 발생되는 공진을 억압해주는 추가적인 소자가 사용되지 않는 경우에는 고조파 대역에서의 방사로 인하여 다른 시스템에서 전자파 방해를 일으켜 오동작을 유발시키거나, 또한 인체로의 장해 가능성 등의 문제점을 야기시킬 수 있었다.In the conventional microstrip antenna, resonance occurs in a frequency (harmonic) band corresponding to an integral multiple of the fundamental frequency in addition to the desired fundamental frequency band, and in the harmonic band when an additional element that suppresses the resonance generated in the harmonic band is not used. Due to the radiation of, it could cause electromagnetic interference in other systems, causing malfunctions, and also causing problems such as the possibility of damage to the human body.
이러한 전자파 방해를 방지하기 위하여, 고조파 대역에서의 방사를 억제하는 여파기를 별도로 사용하는 경우에는 전체적인 시스템의 크기가 커지게 되어 시스템의 소형화, 집적화, 비용 상승 등의 문제점을 유발시키게 된다.In order to prevent such electromagnetic interference, when using a separate filter for suppressing radiation in the harmonic band, the overall system size becomes large, causing problems such as miniaturization, integration, and cost increase of the system.
따라서 본 발명은 미앤더 형상으로 슬롯이 형성된 접지(ground)용 금속 도체부에 슬롯을 따라 금속 도체부를 형성함으로써 안정된 고조파 억압 특성을 얻을 수 있고, 소형화를 통하여 무선 통신 시스템에서 집적하여 사용될 수 있는 마이크로스트립 안테나를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides stable harmonic suppression characteristics by forming a metal conductor portion along a slot in a ground metal conductor portion having a slot formed in a meander shape, and can be integrated and used in a wireless communication system through miniaturization. It is an object to provide a strip antenna.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.1 is a plan view of a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 저면도이다.2 is a bottom view of a microstrip antenna according to one embodiment of the invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 측면도이다.3 is a side view of a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 주파수에 따른 반사 손실을 측정한 그래프이다.Figure 4 is a graph measuring the return loss according to the frequency of the microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 주파수에 따른 입력 임피던스를 측정한 그래프이다.5 is a graph measuring the input impedance according to the frequency of the microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 E-plane 방사 패턴을 측정한 그래프이다.6 is a graph measuring the E-plane radiation pattern of a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 H-plane 방사 패턴을 측정한 그래프이다.7 is a graph measuring the H-plane radiation pattern of the microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
110 : 제 1 금속 도체부110: first metal conductor portion
120 : 제 2 금속 도체부120: second metal conductor portion
230 : 제 3 금속 도체부230: third metal conductor portion
300 : 유전체 기판300: dielectric substrate
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나는 유전체 기판의 일면에 미앤더(meander) 형상으로 슬롯(slot)이 형성되어 부착되는 제 1 금속 도체부; 상기 제 1 금속 도체부의 미앤더 형상의 슬롯 내부에 상기 슬롯을 따라 형성되고 상기 제 1 금속 도체부에 전기적으로 연결되는 제 2 금속 도체부; 및 상기 유전체 기판의 다른 일면에 T 형상으로 부착되는 제 3 금속 도체부를 포함한다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a microstrip antenna includes: a first metal conductor portion having a slot formed in a meander shape on one surface of a dielectric substrate; A second metal conductor part formed along the slot in the meander shaped slot of the first metal conductor part and electrically connected to the first metal conductor part; And a third metal conductor portion attached to the other surface of the dielectric substrate in a T shape.
본 발명에 의하면, 안정된 고조파 억압 특성을 얻을 수 있고, 소형화를 통하여 무선 통신 시스템에서 집적하여 사용될 수 있다.According to the present invention, stable harmonic suppression characteristics can be obtained and can be integrated and used in a wireless communication system through miniaturization.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나를 상세히 설명한다.Hereinafter, a microstrip antenna according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 평면도이고 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 저면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 스트립 안테나의 측면도이다.1 is a plan view of a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a bottom view of a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention. Side view.
도 1에 도시된 것처럼, 유전체 기판(300)의 일면에 미앤더(meander) 형상으로 슬롯이 형성되어 부착되는 제 1 금속 도체부(110)는 접지(ground)용 금속 도체로 사용된다. 상기 제 1 금속 도체부(110)에 미앤더 형상으로 슬롯을 형성함으로써, 자기전류는 상기 미앤더 형상을 따라서 흐르게 되어 종래의 안테나보다 훨씬 작은 면적 안에서 충분한 공진 길이를 확보할 수 있게 된다. 또한 슬롯 안테나로 구현함에 따라 단일 기판으로 구현이 가능한 간결한 구조를 얻을 수 있다.As illustrated in FIG. 1, a first metal conductor portion 110 having a meander shape formed on and attached to one surface of the dielectric substrate 300 is used as a ground metal conductor. By forming a slot in the meander shape in the first metal conductor part 110, the magnetic current flows along the meander shape, thereby ensuring a sufficient resonance length in a much smaller area than a conventional antenna. In addition, by implementing a slot antenna, a concise structure that can be implemented with a single substrate can be obtained.
도 1에 도시된 것처럼, 제 2 금속 도체부(120)는 상기 제 1 금속 도체부(110)의 미앤더 형상의 슬롯 내부에 상기 슬롯을 따라 형성되고 상기 제 1 금속 도체부(110)에 전기적으로 연결되어 상기 유전체 기판(300)의 일면에 부착된다.As shown in FIG. 1, the second metal conductor portion 120 is formed along the slot inside the meander shaped slot of the first metal conductor portion 110 and is electrically connected to the first metal conductor portion 110. Are connected to one surface of the dielectric substrate 300.
도 2에 도시된 것처럼, 상기 유전체 기판(300)의 다른 일면에 T 형상으로 부착되는 제 3 금속 도체부(230)는 급전(feeding)용 금속 도체로 사용된다. 상기 제 3 금속 도체부(230)는 임피던스 정합(matching)에 용이하도록 T 형상으로 형성하고 종래의 마이크로스트립 안테나에 이용되는 50 Ω선로를 이용한다.As shown in FIG. 2, the third metal conductor portion 230 attached to the other surface of the dielectric substrate 300 in a T shape is used as a metal conductor for feeding. The third metal conductor 230 is formed in a T shape to facilitate impedance matching and uses a 50 Ω line used in a conventional microstrip antenna.
도 3에 도시된 것처럼, 상기 제 1 금속 도체부(110), 상기 제 2 금속 도체부(120) 및 상기 제 3 금속 도체부(230)는 하나의 유전체 기판(300)에 형성된다.As shown in FIG. 3, the first metal conductor part 110, the second metal conductor part 120, and the third metal conductor part 230 are formed on one dielectric substrate 300.
상기 제 2 금속 도체부(120)는 제 2 차 및 제 3 차 고조파에서 인덕터로 등가화되고 상기 제 2 금속 도체부(120) 및 상기 제 1 금속 도체부(110)는 캐패시터로 등가화된다. 따라서 상기 제 2 금속 도체부(120)와 상기 제 1 금속 도체부(110)는 직렬 L-C 공진기가 접지(ground)와 병렬로 연결된 형태로 등가화되므로 제 2 차 및 제 3 차 고조파의 주파수 대역에 걸쳐 대역 저지 특성을 가진다.The second metal conductor portion 120 is equivalent to an inductor in the second and third harmonics, and the second metal conductor portion 120 and the first metal conductor portion 110 are equivalent to a capacitor. Therefore, the second metal conductor portion 120 and the first metal conductor portion 110 are equivalent in the form of a series LC resonator connected in parallel with the ground, so that the frequency bands of the second and third harmonics are equal. It has a band-stopping characteristic over.
결국, 상기 제 1 금속 도체부(110)의 미앤더 형상의 슬롯 내부에 상기 슬롯을 따라 상기 제 2 금속 도체부(120)를 형성하고 상기 제 1 금속 도체부(110)에 전기적으로 연결함으로써, 별도의 여파기를 형성시키지 않고도 제 2 차 및 제 3 차 고조파의 주파수에서 발생되는 공진을 억제할 수 있게 되어 안정적인 고조파 억제 특성을 얻을 수 있다.As a result, the second metal conductor part 120 is formed along the slot in the meander shaped slot of the first metal conductor part 110 and electrically connected to the first metal conductor part 110. It is possible to suppress resonance generated at the frequencies of the second and third harmonics without forming a separate filter, thereby obtaining stable harmonic suppression characteristics.
제 2 차 고조파뿐만 아니라 제 3 차 고조파의 주파수에서 발생되는 공진을 효과적으로 억제하기 위하여 도 1에 도시된 것처럼, 상기 제 2 금속 도체부(120)는 Y 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.In order to effectively suppress resonance generated at the frequencies of the third harmonic as well as the second harmonic, as shown in FIG. 1, the second metal conductor portion 120 is preferably formed in a Y shape.
안정적인 고조파 억제 특성을 얻기위해서 상기 제 2 금속 도체부(120)와 상기 제 1 금속 도체부(110) 사이에 L-C 공진기가 효율적으로 형성되도록 도 1에 도시된 것처럼, 상기 제 2 금속 도체부(120)는 상기 제 1 금속 도체부(110)의 미앤더 형상의 슬롯 내부의 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 1, an LC resonator may be efficiently formed between the second metal conductor portion 120 and the first metal conductor portion 110 to obtain stable harmonic suppression characteristics. ) Is preferably formed at the center of the inside of the meander shaped slot of the first metal conductor portion 110.
상기 제 3 금속 도체부(230)는 상기 제 1 금속 도체부(110) 및 상기 제 2 금속 도체부(120)에 효율적으로 전압을 공급하도록 도 2에 도시된 것처럼, 좌우 대칭으로 상기 유전체 기판(300)의 다른 일면에 부착되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the third metal conductor part 230 may supply the voltage to the first metal conductor part 110 and the second metal conductor part 120 in a symmetrical manner. It is preferably attached to the other side of 300).
상기 제 2 금속 도체부(120)의 x 방향의 길이(Lc)가 감소하면 공진 주파수와 제 2 차 고조파에서의 공진은 증가하게 되므로, 2.5 mm ∼ 3.0 mm 정도인 것이 바람직하고, 2.8 mm 정도인 것이 더욱 바람직하다.When the length Lc of the second metal conductor part 120 in the x direction decreases, the resonance frequency and the second difference Since the resonance in harmonics increases, it is preferable that it is about 2.5 mm-3.0 mm, and it is more preferable that it is about 2.8 mm.
상기 제 3 금속 도체부(230)의 y 방향의 길이(Lt) 및 x 방향의 길이(Wt)의 변화에 대해서 공진 주파수는 거의 일정하지만, 상기 제 3 금속 도체부(230)의 y 방향의 길이(Lt)는 제 3 차 고조파에서의 공진에 영향을 미치게 되므로 상기 제 3 금속 도체부(230)의 y 방향의 길이는 3.4 mm ∼ 3.8 mm 정도인 경우에 바람직하고, 3.6 mm 정도인 경우에 더욱 바람직하다.The resonant frequency is substantially constant with respect to the change in the length Lt in the y direction and the length Wt in the x direction of the third metal conductor portion 230, but the length in the y direction of the third metal conductor portion 230. Since Lt affects the resonance in the third harmonic, the length of the third metal conductor portion 230 in the y direction is preferably about 3.4 mm to 3.8 mm, and more preferably about 3.6 mm. desirable.
상기 제 3 금속 도체부(230)의 x 방향의 길이(Wt)는 기본 주파수에서의 임피던스 정합에 영향을 미치게 되고, 상기 제 3 금속 도체부(230)의 x 방향의 길이(Wt)가 0.39 mm ∼ 0.43 mm 정도인 경우에 기본 주파수에서 임피던스가 효과적으로 정합되므로 바람직하고, 0.4035 mm 정도인 경우에 더욱 바람직하다.The length Wt of the third metal conductor portion 230 in the x direction affects impedance matching at a fundamental frequency, and the length Wt of the third metal conductor portion 230 in the x direction is 0.39 mm. In the case of about 0.43 mm, the impedance is effectively matched at the fundamental frequency, and more preferable in the case of about 0.4035 mm.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 주파수에 따른 반사 손실을 측정한 그래프이다.Figure 4 is a graph measuring the return loss according to the frequency of the microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 것처럼, 상기 제 2 금속 도체부(120)의 x 방향의 길이(Lc)가 2.8 mm 정도이고 상기 제 3 금속 도체부(230)의 y 방향의 길이(Lt) 및 x 방향의 길이(Wt)가 각각 3.6 mm, 0.4035 mm인 경우에, 시뮬레이션된 반사 손실(scattering parameter의 S11) 및 측정된 반사 손실은 거의 일치하고, 기본 주파수에서는 임피턴스 정합(matching)이 양호하게 발생하고 있으며, 제 2 차 고조파 및 제 3 차 고조파에서는 반사 손실이 0 dB로서 고조파 주파수에서의 신호 입력이 완전히 차단되어 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 4, the length Lc of the second metal conductor portion 120 in the x direction is about 2.8 mm, and the length Lt of the y direction of the third metal conductor portion 230 and the x direction When the length Wt is 3.6 mm and 0.4035 mm, respectively, the simulated reflection loss (S11 of the scattering parameter) and the measured reflection loss are almost identical, and the impedance matching is good at the fundamental frequency. In the second harmonic and the third harmonic, the return loss is 0 dB, indicating that the signal input at the harmonic frequency is completely blocked.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 주파수에 따른 입력 임피던스를 측정한 그래프이다. 도 5에 도시된 것처럼, 제 2 차 고조파 및 제 3 차 고조파에서 거의 0에 가까운 매우 낮은 실수 임피던스를 가짐을 알 수 있다.5 is a graph measuring the input impedance according to the frequency of the microstrip antenna according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, it can be seen that the second harmonic and the third harmonic have a very low real impedance close to zero.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나는 매우 안정적인 고조파 억압 특성을 가지므로, 고조파 억압을 위한 추가적인 여파기 소자를 충분히 대체할 수 있다.Therefore, since the microstrip antenna according to the embodiment of the present invention has a very stable harmonic suppression characteristic, it is possible to sufficiently replace the additional filter element for harmonic suppression.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 E-plane 방사 패턴을 측정한 그래프이다.6 is a graph measuring the E-plane radiation pattern of a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 것처럼, 기본 주파수에서는 종래의 마이크로스트립 안테나와 거의 유사한 E-plane 방사 특성을 나타내는 반면에, 제 2 차 고조파 및 제 3 차 고조파에서는 -30 dB 이하의 매우 낮은 방사 패턴을 가짐을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, the E-plane radiation characteristics are almost similar to those of the conventional microstrip antenna at the fundamental frequency, while having a very low radiation pattern of -30 dB or less at the second harmonic and the third harmonic. Able to know.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 H-plane 방사 패턴을 측정한 그래프이다.7 is a graph measuring the H-plane radiation pattern of the microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 것처럼, 기본 주파수에서는 종래의 마이크로스트립 안테나와 거의 유사한 H-plane 방사 특성을 나타내는 반면에, 제 2 차 고조파에서는 -30 dB 이하, 제 3 차 고조파에서는 -35 dB 이하의 매우 낮은 방사 패턴을 가짐을 알 수 있다.As shown in Fig. 7, the H-plane radiating characteristics are almost similar to those of the conventional microstrip antenna at the fundamental frequency, while the low frequency is -30 dB or less in the second harmonic and -35 dB or less in the third harmonic. It can be seen that it has a radiation pattern.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나는 매우 안정적인 고조파 억압 특성을 가지므로, 전자파 장해의 가능성이 현저하게 제거될 수 있다.Therefore, since the microstrip antenna according to the embodiment of the present invention has a very stable harmonic suppression characteristic, the possibility of electromagnetic interference can be remarkably eliminated.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 파라미터들은 아래의 표 1과 같다.Parameters of the microstrip antenna according to an embodiment of the present invention are shown in Table 1 below.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자(통상의 지식을 가진 자)는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념(Equivalents)으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains (ie, having ordinary knowledge) have the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. It will be appreciated that it may be practiced. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the invention is indicated by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are intended to be within the scope of the invention. It should be interpreted as being included.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 고조파 대역에서의 방사를 억제하는 여파기를 별도로 사용하지 않고도 안정적인 고조파 억압 특성을 얻음으로써 전자파 장해 가능성을 제거할 수 있으며, 안테나의 크기를 소형화함으로써 통신 시스템 전체의 소형화를 얻을 수 있다.According to the present invention made as described above, it is possible to eliminate the possibility of electromagnetic interference by obtaining a stable harmonic suppression characteristics without using a separate filter for suppressing radiation in the harmonic band, and by miniaturizing the size of the antenna of the entire communication system Miniaturization can be obtained.
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