KR20060112051A - Ultra-wideband antenna having a band notch characteristic - Google Patents

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KR20060112051A
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Abstract

An ultra-wideband antenna having a band notch characteristic is provided to have an omnidirectional radiation pattern. In an ultra-wideband antenna having a band notch characteristic, a radiation body(10) is formed at a surface of a substrate(12). A ground surface is formed at a lower side of the substrate(12). A feeding unit(14) is connected to the radiation body(10). And, a concave unit is formed at the ground surface.

Description

대역 저지 특성을 갖는 초광대역 안테나{ULTRA-WIDEBAND ANTENNA HAVING A BAND NOTCH CHARACTERISTIC}ULTRA-WIDEBAND ANTENNA HAVING A BAND NOTCH CHARACTERISTIC

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 안테나의 상면도.1 is a top view of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 안테나의 저면도.2 is a bottom view of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3 은 본 발명의 일 실시형태의 안테나의 방사체에서의 전류 흐름을 모식적으로 도시하는 도면.3 is a diagram schematically showing a current flow in a radiator of an antenna of one embodiment of the present invention.

도 4 는 접지면의 오목부의 깊이 변화에 따른 주파수 대 반사 손실의 시뮬레이션 값을 나타낸 그래프.4 is a graph showing a simulation value of frequency vs. return loss with a change in depth of a recess of the ground plane.

도 5 는 슬롯의 길이에 따른 주파수 대 반사 손실의 시뮬레이션 값을 나타낸 그래프.5 is a graph showing a simulation value of frequency vs. return loss over slot length.

도 6 은 오목부 및 슬롯 형성에 따른 주파수 대 반사 손실의 측정값을 나타낸 그래프.6 is a graph showing a measurement of frequency versus return loss with the formation of recesses and slots.

도 7 은 슬롯 형성에 따른 주파수 대 이득의 측정값을 나타낸 그래프.7 is a graph showing a measurement of frequency vs. gain with slot formation.

도 8 은 본 발명의 일 구현예의 안테나의 주파수에 따른 방사 패턴을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the radiation pattern according to the frequency of the antenna of an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

10 : 방사체 12 : 기판10: radiator 12: substrate

14 : 급전부 16 : 슬롯14: feeder 16: slot

18 : 노치 20 : 접지면18: notch 20: ground plane

22 : 오목부22: recess

본 발명은 초광대역(Ultra-Wideband; UWB) 통신 시스템용 안테나에 관한 것으로, 특히 5 GHz 대역에서 대역 저지 특성을 갖는 초광대역 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna for an ultra-wideband (UWB) communication system, and more particularly to an ultra-wideband antenna having a band-stopping characteristic in the 5 GHz band.

초광대역 통신 시스템은 중심 주파수의 25% 이상 또는 1.5 GHz 이상의 대역폭을 갖는 통신 시스템으로 정의된다. 초광대역 통신은 임펄스 신호와 같이 넓은 주파수 대역에 걸쳐 전력이 확산되어 있는 신호를 이용한다. 즉, 수 나노 초 내지 피코 초의 폭 (duration) 을 갖는 펄스를 사용함으로써, GHz 단위의 넓은 주파수 대역에 전력을 확산시키는 것이다. 이는 5 MHz 정도의 대역폭을 갖는 광대역 CDMA 통신에 비해 훨씬 넓은 대역폭을 갖는 통신 방식이다.Ultra-wideband communication systems are defined as communication systems having a bandwidth of at least 25% of the center frequency or at least 1.5 GHz. Ultra-wideband communication uses signals in which power is spread over a wide frequency band, such as an impulse signal. In other words, by using a pulse having a width of several nanoseconds to picoseconds, the power is spread over a wide frequency band in GHz. This is a communication scheme with a much wider bandwidth than broadband CDMA communication with a bandwidth of about 5 MHz.

UWB 통신 시스템에서는 짧은 펄스를 이용하여 정보를 전달하기 위하여 신호를 변조하게 되는데, 펄스 자체의 광대역 특성을 유지하면서 OOK(On-Off Keying), PAM(Pulse Amplitude Modulation) 또는 PPM(Pulse Position Modulation) 등의 변조 방식을 이용한다. 그러므로, UWB 시스템에서는 반송파(carrier)를 필요로 하지 않게 되어 시스템의 구성이 단순하고 구현이 용이하게 된다. 또한, 매우 넓은 대역에 걸쳐 전력이 확산되므로 각각의 주파수 성분은 매우 낮은 전력을 갖게 되어, 좁은 주파수 대역을 이용하는 다른 통신 시스템과의 간섭이 매우 적으며, 감청이 어려워 통신 보안 유지에 적합하다. 또한, UWB 시스템은 매우 낮은 전력으로 고속의 통신이 가능하고, 장애물 투과 특성이 우수하다는 등의 장점을 갖는다. In UWB communication system, a signal is modulated to transmit information using a short pulse. On-Off Keying (OOK), Pulse Amplitude Modulation (PAM), or Pulse Position Modulation (PMP) is maintained while maintaining the broadband characteristics of the pulse itself. The modulation scheme of is used. Therefore, the UWB system does not require a carrier (carrier) so that the configuration of the system is simple and easy to implement. In addition, since power is spread over a very wide band, each frequency component has a very low power, very little interference with other communication systems using a narrow frequency band, and hard to intercept, which is suitable for maintaining communication security. In addition, the UWB system has advantages such as high-speed communication at very low power and excellent obstacle transmission characteristics.

이와 같은 장점 때문에 UWB 시스템은 무선 홈 네트워크 등 차세대 개인 영역 무선 통신 (Wireless Personal Area Network; WPAN) 분야에 널리 적용될 것으로 예상되고 있다. 특히, 2002 년 2 월 미국 연방 통신 위원회(Federal Communications Commission; FCC)는 3.1 GHz 이상의 주파수 대역에 대하여 UWB 통신 방식을 상업적으로 이용할 수 있도록 승인하여, UWB 시스템의 상용화가 가속되고 있다.Due to these advantages, the UWB system is expected to be widely applied to the next generation wireless personal area network (WPAN) field such as a wireless home network. In particular, in February 2002, the US Federal Communications Commission (FCC) approved the commercial use of UWB communications for frequencies above 3.1 GHz, accelerating the commercialization of UWB systems.

UWB 시스템은 종래의 통신 시스템에 비해 넓은 주파수 대역을 사용하므로, 이에 적합한 광대역 특성을 갖는 소형의 안테나의 개발이 필수적이다. UWB 시스템용 안테나로서는 혼 안테나, 바이코니컬(bi-conical) 안테나 등이 알려져 있으며, Time Domain Corporation의 미국 특허 제 6,621,462 호 및 Xtreme Spectrum, Inc. 의 미국 특허 제 6,590,545 호 등에 다른 형태의 UWB 안테나가 개시되어 있다. Since the UWB system uses a wider frequency band than the conventional communication system, it is necessary to develop a small antenna having a wide bandwidth characteristic. Antennas for UWB systems include horn antennas, bi-conical antennas, and the like, and are described in US Pat. No. 6,621,462 to Time Domain Corporation and Xtreme Spectrum, Inc. U. S. Pat. No. 6,590, 545, et al., Discloses another type of UWB antenna.

그러나, 이들 안테나는 그 크기가 커 소형·경량의 안테나를 필요로 하는 분야에는 적절하지 않다는 문제점이 있다.However, there is a problem that these antennas are not suitable for the field requiring a small and light antenna because of their large size.

다른 UWB 시스템용 안테나는 엘지전자 주식회사의 한국 특허 출원 제 2003- 49755 호, 한국전자통신연구원의 한국 특허 출원 제 2002-77323 호에 개시되어 있다. 이들 특허출원은 상대적으로 크기가 작고 광대역 특성을 갖는 평면 안테나 또는 역 L 형 안테나를 개시한다.Other UWB system antennas are disclosed in Korean Patent Application No. 2003-49755 of LG Electronics Co., Ltd. and Korean Patent Application No. 2002-77323 of Korea Electronics and Telecommunications Research Institute. These patent applications disclose planar antennas or inverted L-shaped antennas which are relatively small in size and have broadband characteristics.

무선 LAN 에 관한 표준인 IEEE 802.11a 및 HYPERLAN/2 는 UWB 가 사용할 수 있는 주파수 대역에 포함되는 5.15 ~ 5.825 GHz 대역(UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) 대역)을 무선 LAN 에 사용하도록 하였다. 이들 표준은 큰 전력의 신호를 사용하므로 UNII 대역에서 UWB 시스템과 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서, UWB 시스템에 있어서는 무선 LAN 과 중첩되는 UNII 대역의 사용이 제한된다. IEEE 802.11a and HYPERLAN / 2, the standards for wireless LANs, allow the wireless LANs to use the 5.15 to 5.825 GHz band (UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) band), which is included in the frequency band available for UWB. These standards use high power signals and can interfere with UWB systems in the UNII band. Therefore, in the UWB system, use of the UNII band overlapping with the wireless LAN is limited.

그러나, 상기의 미국 특허 및 한국 특허출원에 개시된 안테나들은 초광대역 특성만을 가질 뿐, 사용이 제한되는 주파수 대역에서의 대역 저지 특성을 갖지 않는다. 그러므로, 이들 안테나를 실제로 적용하기 위해서는 무선 LAN 과 중첩되는 주파수 대역에 대해 높은 양호도 (Quality factor) 를 갖는 대역 저지 필터를 추가적으로 사용하여야 한다. 그러나, 대역 저지 필터를 추가하는 것은 비용을 증가시킬 뿐 아니라, 장비의 소형화 및 경량화에 제약을 주며, 매우 짧은 펄스를 사용하는 UWB 시스템에서는 펄스의 왜곡을 일으켜 성능의 저하를 유발하는 문제점이 있었다.However, the antennas disclosed in the above-mentioned US patent and Korean patent application have only ultra-wideband characteristics, and do not have band-stopping characteristics in a frequency band where use is limited. Therefore, in order to actually apply these antennas, it is necessary to additionally use a band rejection filter having a high quality factor for the frequency band overlapping with the wireless LAN. However, the addition of the band-stop filter not only increases the cost, but also limits the miniaturization and weight reduction of the equipment. In the UWB system using a very short pulse, there is a problem of causing a distortion of the pulse and causing performance degradation.

본 발명은 UWB 시스템에 사용할 수 있도록 초광대역 특성을 갖는 한편, UNII 대역에서 대역 저지 특성을 갖는 초광대역 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultra-wideband antenna having ultra-wideband characteristics and usable band-stopping characteristics in the UNII band for use in a UWB system.

또한, 본 발명은 소형으로 제조가 가능하며 대량 생산이 가능한 초광대역 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an ultra-wideband antenna that can be manufactured in a small size and mass production.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 방사체, 상기 기판의 저면에 형성된 접지면, 및 상기 방사체에 접속된 급전부를 포함하는 안테나에 있어서, 상기 접지면에 오목부가 형성된, 초광대역 안테나가 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, in the antenna comprising a substrate, a radiator formed on the upper surface of the substrate, a ground plane formed on the bottom surface of the substrate, and a feeder connected to the radiator An ultra-wideband antenna is provided, wherein a recess is formed in the ground plane.

바람직하게는, 상기 안테나가 대역 저지 특성을 갖도록 상기 방사체에 슬롯이 형성된다.Preferably, a slot is formed in the radiator such that the antenna has band rejection characteristics.

또한, 상기 슬롯은 U 형상인 것이 바람직하다.In addition, the slot is preferably U-shaped.

한편, 상기 기판의 비유전율이 εr 이고, 저지 대역의 중심 주파수 fc 에 대응하는 파장이 λc 일 때, 상기 슬롯의 길이는

Figure 112005021750408-PAT00001
인 것이 바람직하다.On the other hand, when the relative dielectric constant of the substrate is ε r and the wavelength corresponding to the center frequency f c of the stop band is λ c , the length of the slot is
Figure 112005021750408-PAT00001
Is preferably.

또한, 상기 저지 대역의 중심 주파수 fc 는 5 ~ 6 GHz 인 것이 바람직하다.In addition, the center frequency f c of the stop band is preferably 5 to 6 GHz.

한편, 바람직하게는, 상기 접지면은 상기 방사체와 중첩되지 않도록 형성된다.On the other hand, preferably, the ground plane is formed so as not to overlap with the radiator.

또한, 바람직하게는, 상기 급전부는 마이크로스트립 급전선이다.Also preferably, the feeder is a microstrip feeder.

한편, 상기 방사체는 장방형이고, 상기 방사체의 하부 모서리에 노치가 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the radiator is rectangular, it is preferable that the notch is formed in the lower edge of the radiator.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 방사체, 상기 기판의 저면에 형성된 접지면, 및 상기 방사체에 접속된 급전부를 포함하는 안테나에 있어서, 상기 안테나가 대역 저지 특성을 갖도록 상기 방사체에 U 형상의 슬롯이 형성된, 대역 저지 특성을 갖는 초광대역 안테나가 제공된다.In order to achieve the above object, according to another embodiment of the present invention, in the antenna comprising a substrate, a radiator formed on the upper surface of the substrate, a ground plane formed on the bottom surface of the substrate, and a feeder connected to the radiator, There is provided an ultra-wide band antenna having a band blocking characteristic in which a U-shaped slot is formed in the radiator so that the antenna has band blocking characteristic.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명한다. 구체적인 안테나의 형상 및 관련된 수치를 개시하지만, 이는 예시에 불과하며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이나 변경이 가능함은 당업자가 용이하게 인식할 수 있을 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the shape of a specific antenna and related numerical values are disclosed, this is merely an example and will be readily appreciated by those skilled in the art that various modifications or changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

도 1 및 도 2 는 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 초광대역 안테나의 상면도 및 저면도이다.1 and 2 are top and bottom views, respectively, of an ultra-wideband antenna according to one embodiment of the invention.

본 실시형태의 안테나는 기본적으로는 마이크로 스트립 패치 안테나로서, 기판(12), 기판 상면에 형성된 사각형의 방사체(10), 방사체(10)에 접속된 급전부 (14), 및 기판 하면에 형성된 접지면(ground plane; 20)을 포함한다. 방사체 (10) 에는 U 자 형상의 슬롯(slot; 16)이 형성될 수 있으며, 접지면(20)의 중앙에는 오목부(22)가 형성될 수 있다. 또한, 방사체(10)의 하부 모서리에는 노치(18)가 형성될 수 있다.The antenna of the present embodiment is basically a microstrip patch antenna, which is a substrate 12, a rectangular radiator 10 formed on the upper surface of the substrate, a feed section 14 connected to the radiator 10, and a ground formed on the lower surface of the substrate. Ground plane 20. The radiator 10 may be formed with a U-shaped slot 16, and a recess 22 may be formed at the center of the ground plane 20. In addition, the notch 18 may be formed at the lower edge of the radiator 10.

방사체(10)의 하부 모서리에 형성된 노치(18)는 접지면(20)과 방사체(10) 사이의 커플링을 유도한다. 따라서, 노치(18)에 의하여 안테나의 임피던스 매칭을 조절할 수 있으며, 그에 의하여 안테나 대역폭을 확장할 수 있다. 노치의 길이 (NL) 및 폭 (NW) 을 조절함으로써 대역폭의 조절이 가능하다.A notch 18 formed in the lower edge of the radiator 10 induces coupling between the ground plane 20 and the radiator 10. Thus, the impedance matching of the antenna can be controlled by the notch 18, thereby extending the antenna bandwidth. Bandwidth adjustment is possible by adjusting the length (N L ) and width (N W ) of the notch.

또한, 본 실시형태에서는 초광대역 특성을 구현하기 위해 접지면(20)에 오목부(22)를 형성할 수 있다. 접지면(20)에 형성된 오목부(22) 역시 방사체(10) 및 급전부(14)와의 커플링에 의하여 임피던스 매칭 회로로서 기능한다. 그러므로, 급전부(14)가 형성된 부분의 접지면에 오목부(22)를 형성하여 임피던스 매칭을 조절할 수 있으며, 오목부 (22) 의 깊이 (HL) 및 폭 (HW) 을 조절함으로써 커패시턴스 및 인덕턴스를 조절할 수 있으므로, 공진 주파수의 이동, 즉 대역폭 확장 정도의 조절이 가능하다. 본 실시형태에서는 접지면(20)에 오목부(22)를 형성하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 접지면(20)의 변형 역시 본 발명의 범위에 속한다.In addition, in the present embodiment, the concave portion 22 may be formed in the ground plane 20 to realize the ultra-wide band characteristic. The recess 22 formed in the ground plane 20 also functions as an impedance matching circuit by coupling with the radiator 10 and the power feeding section 14. Therefore, the impedance matching can be adjusted by forming the recess 22 in the ground plane of the portion where the feed section 14 is formed, and the capacitance is adjusted by adjusting the depth H L and the width H W of the recess 22. And since the inductance can be adjusted, it is possible to adjust the movement of the resonance frequency, that is, the degree of bandwidth expansion. In the present embodiment, the recess 22 is formed in the ground plane 20, but the present invention is not limited thereto, and variations of the ground plane 20 in various forms are also within the scope of the present invention.

한편, 본 실시형태에 있어서 접지면(20)은 방사체(10)와 중첩되지 않도록 기판(12) 저면의 일부에만 형성될 수 있다. 따라서, 방사체(10)에 의해 방사되는 전자기파가 접지면(20)에 의해 차폐됨이 없이 방출될 수 있으며, 일반적인 모노폴 (monopole) 안테나와 유사한 전방향성의 방사 특성을 얻을 수 있다.In the present embodiment, the ground plane 20 may be formed only on a part of the bottom surface of the substrate 12 so as not to overlap the radiator 10. Therefore, electromagnetic waves radiated by the radiator 10 can be emitted without being shielded by the ground plane 20, and can obtain omnidirectional radiation characteristics similar to those of a general monopole antenna.

본 실시형태의 안테나에 있어서, 대역 저지 특성은 방사체(10)에 형성된 U 자형 슬롯(16)에 의해 나타난다. 슬롯(16)에 의한 대역 저지 특성을 도 3을 참조하 여 설명한다. In the antenna of this embodiment, the band blocking characteristic is represented by the U-shaped slot 16 formed in the radiator 10. Band rejection characteristics by the slot 16 will be described with reference to FIG.

도 3 은 방사체에서의 전류의 흐름을 나타내는 도면이다. 급전부(14)를 통해 공급된 전류는 커플링으로 인해 슬롯(16)의 내측으로 흐른다. 커플링에 의하여 슬롯(16)의 내측에서 시작된 전류는 슬롯(16)의 외측을 우회하여 다시 급전부(14)를 통해 흘러 나간다. 상술한 바와 같이 전류가 흐르는 경우, 도 3 에 도시된 바와 같이 슬롯 내측에서 흐르는 전류와 인접한 슬롯 외측에서 흐르는 전류는 정반대의 방향을 가지게 되므로, 이들 전류에 의해 발생되는 전자기장은 상쇄될 수 있다. 즉, 슬롯(16)이 반파장 공진 구조(half wave resonant structure)를 구성하여 해당 파장에서의 방사가 억제될 수 있는 것이다.3 is a diagram showing the flow of current in the radiator. The current supplied through the feed section 14 flows into the slot 16 due to the coupling. The current started inside the slot 16 by the coupling bypasses the outside of the slot 16 and flows out again through the feed section 14. When the current flows as described above, since the current flowing in the slot and the current flowing outside the adjacent slot have opposite directions as shown in FIG. 3, the electromagnetic field generated by these currents can be canceled out. That is, the slot 16 constitutes a half wave resonant structure so that radiation at the corresponding wavelength can be suppressed.

이 때, 슬롯(16)의 길이를 조절함으로써 전자기장이 상쇄되는 파장을 결정할 수 있다. 일반적으로 자유공간 파장 λ 의 전자기파는 유전체 내에서

Figure 112005021750408-PAT00002
r 은 유전체의 비유전률)의 파장으로 전달되므로, 중심 주파수 fc (파장 λc) 에서 대역 저지 특성을 갖도록 하기 위한 슬롯의 길이 (Lslot) 는 다음 식으로 주어진다.At this time, it is possible to determine the wavelength at which the electromagnetic field is canceled by adjusting the length of the slot 16. In general, electromagnetic waves of free-space wavelength λ
Figure 112005021750408-PAT00002
Since ε r is transmitted at the wavelength of the dielectric constant, the length of the slot L slot for giving the band blocking characteristic at the center frequency f c (wavelength λ c ) is given by the following equation.

Figure 112005021750408-PAT00003
Figure 112005021750408-PAT00003

이와 같이, 본 실시형태에 있어서 방사체(10)에 슬롯(16)을 형성함으로써 안 테나에 대역 저지 특성을 부가할 수 있으며, 슬롯 길이를 적절하게 결정함으로써 저지 대역의 중심 주파수를 조절하여 UNII 대역에서의 대역 저지 특성을 유도할 수 있다. 또한, 슬롯(16)의 폭을 조절함으로써 저지 대역의 대역폭을 조정할 수도 있다. 일반적으로 슬롯(16)의 폭이 넓어질수록 저지 대역의 대역폭이 증가하는 경향을 나타낸다.As described above, in the present embodiment, the band 16 can be added to the antenna by forming the slot 16 in the radiator 10, and the center frequency of the stop band is adjusted in the UNII band by appropriately determining the slot length. It is possible to derive the band blocking characteristic of. It is also possible to adjust the bandwidth of the stop band by adjusting the width of the slot 16. In general, as the width of the slot 16 becomes wider, the bandwidth of the stop band tends to increase.

이상 U 자형 슬롯과 관련하여 본 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니며, 본 명세서에 개시된 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 슬롯이 적용될 수 있음은 당업자가 용이하게 인식할 수 있을 것이다.Although the present embodiment has been described with reference to the U-shaped slots, the present invention is not limited thereto, and those skilled in the art can easily recognize that various types of slots can be applied without departing from the principles disclosed herein. There will be.

한편, 본 실시형태의 안테나는 급전부(14)로서 마이크로스트립 급전을 채택한 패치 안테나를 기본 구조로 하여, 안테나의 경량화 및 소형화를 달성하였으며 대량생산에 적합한 구조를 가질 수 있다. 또한, 기판(10)으로서는 FR4, 고저항 실리콘, 유리, 알루미나, 테프론, 에폭시, LTCC 등이 사용될 수 있으며, 특히 FR4 기판을 사용하여 제조비용을 절감할 수 있다.On the other hand, the antenna of the present embodiment has a patch antenna adopting microstrip feeding as the power feeding portion 14 as a basic structure, achieving light weight and miniaturization of the antenna, and having a structure suitable for mass production. In addition, as the substrate 10, FR4, high resistance silicon, glass, alumina, Teflon, epoxy, LTCC, etc. may be used, and in particular, the manufacturing cost may be reduced by using the FR4 substrate.

본 발명의 일 실시형태에 따른 안테나를 실제로 구현하여 성능을 시험하였다. 구현한 안테나는 도 1 및 2 에 도시된 바와 동일한 구성을 갖고, 각 부분의 치수는 다음 표와 같다. 각 치수는 mm 단위로 주어진다. 한편, 급전부(14)의 폭은 2 mm, 길이는 5.5 mm 로 하였으며, 기판(12)으로서는 두께 1.6 mm , 비유전율 4.4 의 FR4 기판을 사용하였다.Performance was tested by actually implementing an antenna according to one embodiment of the invention. The implemented antenna has the same configuration as shown in FIGS. 1 and 2, and the dimensions of each part are shown in the following table. Each dimension is given in mm. On the other hand, the width | variety of the feed part 14 was set to 2 mm, and length was 5.5 mm, and the board | substrate 12 used the FR4 board | substrate of thickness 1.6mm and the dielectric constant 4.4.

WW LL PW P W PL P L NW N W 1616 1818 77 11.511.5 1One NL N L GW G W GL G L HW H W HL H L 2.52.5 4.54.5 44 77 1 ~ 21 to 2

도 4 는 접지면 (20) 의 오목부 (22) 의 깊이 (HL) 변화에 따른 주파수 대 반사 손실 (Return loss) 의 시뮬레이션 값을 나타낸 그래프이다. 단순한 모노폴 안테나에 대한 곡선을 살펴보면, 약 5.5 GHz 의 주파수에서 공진이 발생하며, 3 ~ 8 GHz 대역에서 -10 dB 이하의 반사 손실 값을 갖는다. 그러나, 오목부(22)가 형성된 안테나에 대한 그래프를 살펴보면, 4.5 GHz 부근 및 9 GHz 부근에서 공진이 발생하여, 단순한 모노폴 안테나에 비해 8 GHz 이상의 고주파 대역에서 임피던스 매칭이 향상되고, 전체적으로 약 3 ~ 11 GHz 범위에서 반사 손실 값이 -10 dB 이하로 유지된다. 따라서, 오목부 (22) 의 형성에 의하여 초광대역 특성을 얻을 수 있음을 확인하였다.4 is a graph showing a simulation value of frequency vs. return loss according to the change of the depth H L of the recess 22 of the ground plane 20. Looking at the curve for a simple monopole antenna, resonance occurs at a frequency of about 5.5 GHz, with return losses below -10 dB in the 3-8 GHz band. However, when looking at the graph of the antenna formed with the recess 22, resonance occurs around 4.5 GHz and around 9 GHz, which improves impedance matching in the high frequency band of 8 GHz or more compared to a simple monopole antenna, and overall about 3 ~. In the 11 GHz range, return loss values remain below -10 dB. Therefore, it was confirmed that the ultra wide band characteristic can be obtained by the formation of the concave portion 22.

도 5 는 슬롯의 길이 (Lslot) 에 따른 주파수 대 반사 손실의 시뮬레이션 값을 나타낸 그래프이다. 슬롯이 형성되지 않은 경우의 곡선을 살펴보면, 약 3 GHz 에서 11 GHz 까지 반사 손실 값이 -10 dB 이하로 유지되므로, UNII 대역에서 대역 저지 특성을 나타내지 않는다. 반면, 슬롯이 형성된 경우의 곡선을 살펴보면, 각각 4 GHz, 5GHz, 및 6 GHz 대역에서 반사 손실 값이 약 -3 dB 까지 증가하여 대역 저지 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히, 슬롯의 길이 (Lslot) 가 짧아질수록 저지 대역의 중심 주파수가 4.3 GHz 에서 6.5 GHz 까지 증가함을 볼 수 있으며, 슬롯의 길이가 14 mm (Lslot/2 = 7 mm) 로 주어진 경우에 UNII 대역에서 대역 저지 특성이 나타난다.FIG. 5 is a graph showing a simulation value of frequency versus return loss according to the slot length (L slot ). Looking at the curve when the slot is not formed, since the return loss value is maintained below -10 dB from about 3 GHz to 11 GHz, it does not exhibit the band blocking characteristic in the UNII band. On the other hand, looking at the curve when the slot is formed, it can be seen that in the 4 GHz, 5 GHz, and 6 GHz band, the return loss value is increased to about -3 dB, indicating the band blocking characteristic. In particular, as the slot length (L slot ) gets shorter, the center frequency of the stop band increases from 4.3 GHz to 6.5 GHz, and the slot length is given as 14 mm (L slot / 2 = 7 mm). Shows band-stopping characteristics in the UNII band.

도 6 은 슬롯 및 오목부 형성에 따른 주파수 대 반사 손실의 측정치를 나타내는 그래프이다. 단순한 모노폴 안테나의 경우와 비교하면, 시뮬레이션에서 나타난 바와 동일하게, 오목부만이 형성된 경우에는 고주파 대역 (약 7.9 GHz ~ 10.5 GHz) 에서 임피던스 매칭 효과가 나타나 대역폭이 확장되며, 오목부와 슬롯이 모두 형성된 경우에는 5 GHz 대역 (UNII 대역), 구체적으로는 4.92 GHz ~ 5.86 GHz 에서 대역 저지 특성이 추가로 나타난다. 따라서, 오목부와 슬롯을 형성함으로써 4.92 GHz ~ 5.86 GHz 에서 대역 저지 특성을 갖고, 3.1 GHz ~ 11.25 GHz 의 대역폭을 갖는 초광대역 안테나를 구현할 수 있었다.6 is a graph showing measurements of frequency versus return loss with slot and recess formation. Compared with a simple monopole antenna, as shown in the simulation, when only the recess is formed, an impedance matching effect occurs in the high frequency band (approximately 7.9 GHz to 10.5 GHz), thereby extending the bandwidth, and both the recess and the slot If formed, additional band-stopping characteristics appear in the 5 GHz band (UNII band), specifically 4.92 GHz to 5.86 GHz. Therefore, by forming a recess and a slot, it was possible to implement an ultra-wideband antenna having a band blocking characteristic at 4.92 GHz to 5.86 GHz and a bandwidth of 3.1 GHz to 11.25 GHz.

도 7 은 슬롯 형성에 따른 주파수 대 이득의 측정값을 나타낸 그래프이다. 슬롯이 형성되지 않은 안테나의 경우 대역 저지 특성을 보이지 않으나, 슬롯이 형성된 경우에는 5 GHz 대역에서 이득이 대폭 감소하여 대역 저지 특성이 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 전 대역 (3 GHz ~ 11 GHz) 에서 2.8 dBi 이하의 이득 변화를 보였다.7 is a graph showing a measurement of frequency versus gain according to slot formation. In the case where the slot is not formed, the band blocking characteristic is not shown. However, when the slot is formed, the gain is greatly reduced in the 5 GHz band, indicating that the band blocking characteristic is shown. In addition, gain variation of less than 2.8 dBi was observed in all bands (3 GHz to 11 GHz).

도 8 은 구현한 안테나의 주파수에 따른 방사 패턴을 나타낸 그래프이다. 도 8 의 (a), (b) 및 (c) 는 각각 3 GHz, 6 GHz 및 9 GHz 에 대한 방사 패턴을 나타내며, 그래프에서 점선은 주 편파(co-pol)에 대한 방사 패턴을, 실선은 주 편파에 수직인 편파(cross-pol)에 대한 방사 패턴을 도시한다. 상술한 바와 같이 구현한 안테나는 방사체와 중첩되지 않고 면적이 작은 접지면을 이용하므로, 일반적인 모노폴 안테나와 유사하게 전방향성을 갖는 것을 확인할 수 있다.8 is a graph showing a radiation pattern according to the frequency of the implemented antenna. (A), (b) and (c) of FIG. 8 show radiation patterns for 3 GHz, 6 GHz and 9 GHz, respectively, in which the dotted line represents the radiation pattern for the main polarization (co-pol), The radiation pattern for cross-pol perpendicular to the main polarization is shown. Since the antenna implemented as described above uses a ground plane having a small area without overlapping with the radiator, it can be confirmed that the antenna has omnidirectionality similar to a general monopole antenna.

본 발명에 따르면, 접지면에 오목부를 형성함으로써 3 GHz 내지 11 GHz 의 넓은 대역폭을 갖는 초광대역 안테나를 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement an ultra-wideband antenna having a wide bandwidth of 3 GHz to 11 GHz by forming a recess in the ground plane.

또한, 본 발명에 따르면, 방사체에 슬롯을 형성함으로써 대역 저지 특성을 갖는 초광대역 안테나를 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, by forming a slot in the radiator, it is possible to implement an ultra-wideband antenna having a band blocking characteristic.

또한, 본 발명에 따르면, 경량화 및 소형화가 가능하고 대량생산에 적합하면서, 전방향성의 방사 패턴을 갖는 초광대역 안테나를 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to implement an ultra-wideband antenna having a omni-directional radiation pattern while being lightweight and compact and suitable for mass production.

Claims (9)

기판, 상기 기판의 상면에 형성된 방사체, 상기 기판의 저면에 형성된 접지면, 및 상기 방사체에 접속된 급전부를 포함하는 안테나에 있어서,An antenna comprising a substrate, a radiator formed on an upper surface of the substrate, a ground plane formed on a bottom surface of the substrate, and a feeder connected to the radiator. 상기 접지면에 오목부가 형성된, 초광대역 안테나.An ultra wide band antenna, wherein a recess is formed in the ground plane. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 안테나가 대역 저지 특성을 갖도록 상기 방사체에 슬롯이 형성된, 초광대역 안테나.And a slot formed in the radiator such that the antenna has band rejection characteristics. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 슬롯은 U 형상인, 초광대역 안테나.The slot is U-shaped. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 기판의 비유전율이 εr 이고, 저지 대역의 중심 주파수 fc 에 대응하는 파장이 λc 일 때,When the relative dielectric constant of the substrate is ε r and the wavelength corresponding to the center frequency f c of the stop band is λ c , 상기 슬롯의 길이는
Figure 112005021750408-PAT00004
인, 초광대역 안테나.
The slot length is
Figure 112005021750408-PAT00004
Phosphorus, ultra-wideband antenna.
제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 저지 대역의 중심 주파수 fc 는 5 ~ 6 GHz 인, 초광대역 안테나.And a center frequency f c of the stop band is 5 to 6 GHz. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 접지면은 상기 방사체와 중첩되지 않도록 형성된, 초광대역 안테나.And the ground plane is formed so as not to overlap with the radiator. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 급전부는 마이크로스트립 급전선인, 초광대역 안테나.And the feed section is a microstrip feed line. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 방사체는 장방형이고, The radiator is rectangular, 상기 방사체의 하부 모서리에 노치가 형성된, 초광대역 안테나.And a notch formed in a lower edge of the radiator. 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 방사체, 상기 기판의 저면에 형성된 접지면, 및 상기 방사체에 접속된 급전부를 포함하는 안테나에 있어서,An antenna comprising a substrate, a radiator formed on an upper surface of the substrate, a ground plane formed on a bottom surface of the substrate, and a feeder connected to the radiator. 상기 안테나가 대역 저지 특성을 갖도록 상기 방사체에 U 형상의 슬롯이 형성된, 대역 저지 특성을 갖는 초광대역 안테나.And an U-shaped slot is formed in the radiator so that the antenna has a band blocking property.
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