KR20050064493A - Broadband beam tilting circular polarized flat plate antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나는 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나 어레이(array)로 이루어지는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나로서, 상기 마이크로스트립 패치 안테나는 접지판과; 상기 접지판의 상부에 형성되는 유전체 폼(form)과; 상기 유전체 폼의 상부에 적층되는 유전체 기판의 일면에 형성되고, 소정의 간격을 두며 수평·수직 방향으로 배열되는 방사패치와 상기 방사패치에 서로 다른 위상차를 두며 급전하는 급전선로를 각각 포함하는 안테나부와; 상기 유전체 기판의 다른 일면에 형성되고, 상기 방사패치와 상하 중복되는 위치에서 형성되는 편파기를 포함하는 기생소자부로 이루어지며, 상기 방사패치는 수평방향으로는 동작 중심 주파수의 0.8 ~ 0.9λ0 (λ0: 자유공간 파장)의 간격으로 배열되고, 수직방향으로는 원하는 빔의 조향각도를 얻기 위하여 동작 중심 주파수의 0.5 ~ 0.6λ0 의 간격으로 배열된다. 또한, 상기 편파기는 급전면에 대하여 소정의 각도만큼 경사지면서 소정의 간격을 두어 서로 평행하게 형성되는 3개의 편파소자로 되는 삼선(三線) 편파기로 구성된다.The broadband beam steering circular polarization flat antenna according to the present invention is a broadband beam steering circular polarization flat antenna comprising a plurality of microstrip patch antenna arrays, the microstrip patch antenna comprising: a ground plate; A dielectric form formed on the ground plate; An antenna unit formed on one surface of the dielectric substrate stacked on the dielectric foam, the antenna unit including a radiation patch arranged at a predetermined interval in a horizontal and vertical direction and a feed line having a different phase difference from the radiation patch; Wow; It is formed on the other side of the dielectric substrate, and comprises a parasitic element portion including a polarizer formed at a position overlapping with the radiation patch, the radiation patch is 0.8 ~ 0.9λ 0 (λ) of the operating center frequency in the horizontal direction 0 : free-space wavelength), and is arranged in the vertical direction at intervals of 0.5 to 0.6λ 0 of the operating center frequency to obtain a desired steering angle of the beam. In addition, the polarizer is composed of a three-wire polarizer consisting of three polarization elements which are formed in parallel with each other at a predetermined interval while inclining the power feeding surface by a predetermined angle.
Description
본 발명은 직접 위성방송(DBS)의 수신용으로 사용하기 위한 평판 안테나에 관한 것으로서, 특히 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서 안테나 빔의 조향각을 자유자재로 조절할 수 있는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat panel antenna for use in the reception of direct satellite broadcasting (DBS), and more particularly, to a broadband beam steering circular polarized flat antenna which can freely adjust the steering angle of an antenna beam in a microstrip patch antenna. .
종래의 직접 위성방송 수신용 안테나는 파라볼릭 타입으로서 안테나의 이득 및 효율면에서는 우수하지만, 차량이나 선박 등의 이동체에는 구조적인 문제로 인해 탑재가 어려운 문제가 있었다. 따라서, 상대적으로 이동체에 탑재가 용이한 평판 안테나가 상기 파라볼릭 안테나를 대체하여 사용되지만, 종래의 평판 안테나는 최적의 위성방송을 수신하기 위해서는 소정 각도만큼 기울여서 설치하여야 하므로, 결국 안테나의 높이가 높아지는 문제가 있었다. 특히, 우리 나라의 경우에는 무궁화 위성을 이용한 위성방송을 보기위해서는 무궁화 위성이 적도 상공의 정지궤도에 있기 때문에, 안테나를 수평에서 43 ~ 45°만큼 기울여야 한다.Conventional direct satellite reception antenna is a parabolic type in terms of gain and efficiency of the antenna, but has a problem that is difficult to mount due to structural problems in a mobile body such as a vehicle or a ship. Therefore, the flat antenna, which is relatively easy to mount on a moving body, is used to replace the parabolic antenna. However, the conventional flat antenna must be installed at an inclined angle to receive the optimal satellite broadcasting. There was a problem. In particular, in Korea, the antenna must be tilted by 43-45 ° from the horizontal because the satellite is in a stationary orbit above the equator in order to view satellite broadcasting using the rose.
이러한 문제를 해결하기 위하여 빔 조향 기능을 가지는 종래의 마이크로스트립 패치 안테나가 개발되었으나, 이 역시 안테나의 이득이 낮을 뿐만 아니라 안테나의 빔 조향 각도에 따라 일정 비율로 이득이 감소되어 동일한 이득의 일반 평판 안테나와 비교하여 면적이 크고 고가인 문제가 있었다.In order to solve this problem, a conventional microstrip patch antenna having a beam steering function has been developed, but this also has a low gain and reduces the gain at a constant rate according to the beam steering angle of the antenna. Compared with the above, there is a problem that the area is large and expensive.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 안테나 이득의 감소없이 안테나 빔의 조향각을 원하는 각도로 조절가능하며, 우수한 광대역 수신특성을 지니는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to adjust the steering angle of the antenna beam to a desired angle without reducing the antenna gain, and to perform a broadband beam steering circular polarization plate having excellent broadband reception characteristics. The purpose is to provide an antenna.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로서, 본 발명에 의한 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나는 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나 어레이(array)로 이루어지는 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나로서, 상기 마이크로스트립 패치 안테나는 접지판과; 상기 접지판의 상부에 형성되는 유전체 폼(form)과; 상기 유전체 폼의 상부에 적층되는 유전체 기판의 일면에 형성되고, 소정의 간격을 두며 수평·수직 방향으로 배열되는 방사패치와 상기 방사패치에 서로 다른 위상차를 두며 급전하는 급전선로를 각각 포함하는 안테나부와; 상기 유전체 기판의 다른 일면에 형성되고, 상기 방사패치와 상하 중복되는 위치에서 형성되는 편파기를 포함하는 기생소자부로 이루어지며, 상기 방사패치는 수평방향으로는 동작 중심 주파수의 0.8 ~ 0.9λ0 (λ0: 자유공간 파장)의 간격으로 배열되고, 수직방향으로는 원하는 빔의 조향각도를 얻기 위하여 동작 중심 주파수의 0.5 ~ 0.6λ0 의 간격으로 배열되는 것을 특징으로 한다.As a feature of the present invention for achieving the above object, a wideband beam steering circular polarization flat antenna according to the present invention is a wideband beam steering circular polarization flat antenna comprising a plurality of microstrip patch antenna arrays. The antenna includes a ground plate; A dielectric form formed on the ground plate; An antenna unit formed on one surface of the dielectric substrate stacked on the dielectric foam, the antenna unit including a radiation patch arranged at a predetermined interval in a horizontal and vertical direction and a feed line having a different phase difference from the radiation patch; Wow; It is formed on the other side of the dielectric substrate, and comprises a parasitic element portion including a polarizer formed at a position overlapping with the radiation patch, the radiation patch is 0.8 ~ 0.9λ 0 (λ) of the operating center frequency in the horizontal direction 0 : free-space wavelength), and is arranged in the vertical direction at intervals of 0.5 to 0.6λ 0 of the operating center frequency to obtain a desired steering angle of the beam.
또한, 본 발명의 다른 특징으로서, 상기 편파기는 급전면에 대하여 소정의 각도만큼 경사지면서 소정의 간격을 두어 서로 평행하게 형성되는 복수개의 편파소자로 되는 편파기로 되는 것을 특징으로 한다.In addition, as another feature of the present invention, the polarizer is characterized in that the polarizer is made of a plurality of polarizing elements formed in parallel with each other at a predetermined interval while inclining by a predetermined angle with respect to the feed surface.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예들은 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 상기 실시예들로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments described below are provided to assist the overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments.
도 1은 본 발명에 의한 단일의 마이크로스트립 패치 안테나의 구조도이다.1 is a structural diagram of a single microstrip patch antenna according to the present invention.
먼저, 본 발명에 의한 단일의 원편파 마이크로스트립 패치 안테나는 안테나의 반사판 기능을 하는 접지판(13)과, 상기 접지판의 상부에 위치하며 방사패치(15) 및 급전선로(16)를 각각 포함하는 안테나부(12)와, 상기 방사패치(15)와 중복되는 위치에서 서로 평행하게 경사져 형성되는 편파기(14)를 포함하는 기생소자부(11)로 이루어진다.First, the single circularly polarized microstrip patch antenna according to the present invention includes a ground plate 13 which functions as a reflector of the antenna, and a radiation patch 15 and a feed line 16 respectively positioned on the ground plate. And a parasitic element part 11 including an antenna part 12 and a polarizer 14 which is formed to be inclined in parallel with each other at a position overlapping with the radiation patch 15.
이때, 각각의 상기 접지판(13)과 상기 안테나부(12)와 상기 기생소자부(11)의 사이에는 서로 다른 유전율을 지니는 유전체가 형성되는데, 이 유전체를 통하여 전자기적 결합이 발생하고 전자계 에너지는 상기 편파기(14)로 전달되게 된다.At this time, a dielectric having a different dielectric constant is formed between each of the ground plate 13, the antenna unit 12, and the parasitic element unit 11, through which the electromagnetic coupling occurs and electromagnetic energy is generated. Is transmitted to the polarizer 14.
도 2는 본 발명에 의한 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나가 배열된 빔 조향 원편파 평판 안테나의 측면도 및 사시도이며, 도 3은 그 평면도이다.FIG. 2 is a side view and a perspective view of a beam steering circular polarization flat antenna having a plurality of microstrip patch antennas according to the present invention, and FIG. 3 is a plan view thereof.
본 발명에 의한 빔 조향 원편파 평판 안테나에 있어서, 기생소자부(11)와 안테나부(12)는 표면에 동판 등의 도체가 부착된 단일 테프론 기판(21)의 양면에 형성되며, 편파기(14)와 방사패치(15) 및 급전선로(16)는 사진식각법을 이용하여 상기 도체를 에칭함으로써 제작된다. 이 때, 상기 테프론 기판(21) 대신에 소정의 유전율을 지니는 유전체 재질의 기판이 사용될 수도 있다. 상기 편파기(14)와 상기 방사패치(15)는 상하 중복되도록 형성되어야 함은 물론이다. 그리고, 상기 테프론 기판의 하부에는 유전체폼(form: 22)과 접지판(13)으로 되는 알루미늄 기판이 각각 차례로 적층되어진다.In the beam steering circular polarization flat panel antenna according to the present invention, the parasitic element portion 11 and the antenna portion 12 are formed on both surfaces of a single Teflon substrate 21 having a conductor such as a copper plate on the surface thereof. 14) and the radiation patch 15 and the feed line 16 are manufactured by etching the conductor using a photolithography method. In this case, a substrate made of a dielectric material having a predetermined dielectric constant may be used instead of the teflon substrate 21. Of course, the polarizer 14 and the radiation patch 15 should be formed to overlap the top and bottom. In addition, an aluminum substrate including a dielectric form 22 and a ground plate 13 is sequentially stacked below the Teflon substrate.
도 4는 본 발명에 의한 빔 조향 원편파 평판 안테나에 있어서 안테나부의 구조도이다.4 is a structural diagram of an antenna unit in a beam steering circular polarization flat antenna according to the present invention.
복수개의 마이크로스트립 패치 안테나가 배열된 빔 조향 원편파 평판 안테나의 안테나부(12)에 있어서 사각형 방사패치(15)는 소정의 간격을 두며 수평·수직 방향으로 배열된다. 즉, 수평방향으로는 동작 중심 주파수의 0.8 ~ 0.9λ0 (λ0: 자유공간 파장)의 간격으로 배열되고, 수직방향으로는 원하는 빔의 조향각도를 얻기 위하여 동작 중심 주파수의 0.5 ~ 0.6λ0 의 간격으로 배열되어진다.In the antenna portion 12 of the beam steering circular polarization flat antenna having a plurality of microstrip patch antennas arranged, the rectangular radiation patches 15 are arranged in the horizontal and vertical directions at predetermined intervals. That is, the horizontal direction is arranged at intervals of 0.8 ~ 0.9λ 0 (λ 0 : free space wavelength) of the operating center frequency, in the vertical direction 0.5 to 0.6λ 0 of the operating center frequency in order to obtain the desired steering angle of the beam Are arranged at intervals.
이 때, 상기 방사패치(15)에는 일정한 위상값으로 급전선로(16)를 통하여 신호가 급전되어야한다. 즉, 종래의 Boresight 안테나인 경우에는 빔이 안테나 면에 대하여 수직방향으로 지향하지만, 본 발명에 의한 빔 조향 원편파 평판 안테나에서는 수직방향을 기준으로 하여 시계 방향으로 30°틸트(tilt)시키기 위하여 각각의 상기 방사패치(15)에 상대적으로 130°의 위상차가 나도록 상기 급전선로(16)를 통하여 신호를 급전하게 된다.At this time, the radiation patch 15 must be fed with a signal through the feed line 16 at a constant phase value. That is, in the case of the conventional Boresight antenna, the beam is directed in the vertical direction with respect to the antenna plane, but in the beam steering circular polarization flat antenna according to the present invention, each of the beams is tilted 30 degrees clockwise with respect to the vertical direction. The signal is fed through the feed line 16 so that the phase difference of 130 ° relative to the radiation patch 15 of.
또한, 해당 대역의 축비를 얻기 위한 편파기(14)에 있어서 종래의 단일 슬롯이나 교차 슬롯(X자 형태)과는 달리 3개의 서로 평행한 편파 소자(141, 142, 143)를 일정한 간격과 일정한 각도로 배열하여 일정한 대역에서 원편파의 축비를 제어할 수가 있도록 한다.In addition, in the polarizer 14 for obtaining the axial ratio of the corresponding band, unlike the conventional single slot or cross slot (X-shaped), three parallel polarization elements 141, 142, and 143 are fixed at regular intervals. Arranged at an angle to control the ratio of circular polarizations in a certain band.
즉, 예를 들어 11.7 ~ 12.7 GHz인 안테나 사용대역에서 11.7 ~ 12.2 GHz는 원형편파이고 12.2 ~ 12.7 GHz는 선형편파로 되는 복합대역으로 되는 경우, 상기 편파기(14)는 급전면에 대해 30˚경사져서 형성되며, 상기 편파기(14) 내의 각 편파소자(141, 142, 143)의 간격은 0.02 ~ 0.04λg (λg: 관내 파장), 각 편파소자(141, 142, 143)의 폭은 0.02 ~ 0.03λg, 각 편파소자(141, 142, 143)의 길이는 0.04 ~ 0.06λg로 각각 형성되어진다.That is, for example, in an antenna using band of 11.7 to 12.7 GHz, when 11.7 to 12.2 GHz is a circular band, and 12.2 to 12.7 GHz is a linear band, the polarizer 14 is 30 degrees with respect to the feed surface. It is formed to be inclined, the interval of each polarization element (141, 142, 143) in the polarizer 14 is 0.02 ~ 0.04λ g (λ g : wavelength in the tube), the width of each polarization element (141, 142, 143) Is 0.02 to 0.03 lambda g , and the lengths of the polarization elements 141, 142 and 143 are each formed to be 0.04 to 0.06 lambda g .
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나에 의하면, 소정의 간격을 두어 방사패치를 배열하고 이에 서로 다른 위상차로 신호를 급전해줌으로써 ku-band에서 원하는 안테나 빔의 조향각도로 조절할 수 있게 되며, 이에 편파기를 이용함으로써 10% 정도의 광대역 특성 및 원하는 대역에서 원하는 축비의 원편파를 자유자재로 생성할 수가 있게 된다. 또한, 안테나부와 기생소자부를 하나의 테프론 기판으로 제작하고 이를 저가의 유전체 폼위에 적층시킴으로써 생산 단가를 낮추고 생산 공정을 단순화할 수 있다. 특히, 상기 광대역 빔 조향 원편파 평판 안테나를 이동체 탑재용 직접 위성방송(DBS) 수신 안테나로 적용할 경우 요구되는 광대역 고이득 특성을 만족하며, 빔 조향기술에 의한 소형·경량인 안테나 제작이 가능하다.As described above, according to the broadband beam steering circular polarization flat antenna according to the present invention, by arranging the radiation patches at predetermined intervals and feeding the signals with different phase differences, the steering angle of the desired antenna beam in the ku-band is obtained. By using the polarizer, it is possible to freely generate circular polarization having a desired axial ratio in a desired band and a broadband characteristic of about 10%. In addition, by manufacturing the antenna unit and the parasitic element unit on a single Teflon substrate and stacking them on a low-cost dielectric foam, it is possible to reduce the production cost and simplify the production process. In particular, the broadband beam steering circular polarization flat antenna satisfies the broadband high gain characteristics required when the antenna is mounted as a mobile satellite mounted direct receiver (DBS) receiving antenna, and it is possible to manufacture a small and lightweight antenna by beam steering technology. .
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.In addition, the preferred embodiment of the present invention is disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, these modifications, changes, etc. should be seen as belonging to the claims. do.
도 1은 본 발명에 의한 단일의 마이크로스트립 패치 안테나의 구조도.1 is a structural diagram of a single microstrip patch antenna according to the present invention;
도 2는 본 발명에 의한 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나가 배열된 빔 조향 원편파 평판 안테나의 측면도 및 사시도.2 is a side view and a perspective view of a beam steering circular polarization flat antenna having a plurality of microstrip patch antennas according to the present invention;
도 3은 본 발명에 의한 복수개의 마이크로스트립 패치 안테나가 배열된 빔 조향 원편파 평판 안테나의 평면도.3 is a plan view of a beam steering circular polarization flat antenna having a plurality of microstrip patch antennas according to the present invention;
도 4는 본 발명에 의한 빔 조향 원편파 평판 안테나에 있어서 안테나부의 구조도.4 is a structural diagram of an antenna unit in a beam steering circular polarization flat antenna according to the present invention;
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings
11: 기생소자부 12: 안테나부11: parasitic element part 12: antenna part
13: 접지판 14: 편파기13: ground plane 14: polarizer
15: 방사패치 16: 급전선로15: Radiation Patch 16: Feed Line
21: 테프론 기판 22: 유전체 폼(form)21: Teflon substrate 22: dielectric form
141: 편파소자 142: 편파소자141: polarization element 142: polarization element
143: 편파소자143: polarization element
Claims (2)
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-
2003
- 2003-12-24 KR KR1020030095947A patent/KR20050064493A/en not_active Application Discontinuation
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| WO2019108775A1 (en) * | 2017-11-29 | 2019-06-06 | The Board Of Trustees Of The University Of Alabama | Low-profile multi-band stacked patch antenna |
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