KR20070043274A - 임피던스 변환형 광대역 안테나 - Google Patents

임피던스 변환형 광대역 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 임피던스 변환형 광대역 안테나에 관한 것으로서, 동작 주파수에 따라 소정 길이와 폭으로 형성되며, 복수개의 슬롯 위치에 의하여 임의의 형상으로 형성되어 다수의 스터브로 이루어진 방사부와, 상기 방사부의 측부면 일부분이 외부 접지와 연결되는 단락부와, 상기 단락부와 인접되어 상기 방사부의 측부면에 형성된 스터브로부터 연장되어 다중 절곡되며, 상기 방사부의 하부면에 소정의 길이와 폭으로 형성되는 급전 선로 및 상기 급전 선로의 끝단부에 형성되어 전류가 급전되는 급전부로 이루어져 상기 급전 선로의 다중 절곡된 길이와 간격 및 상기 급전 선로에 형성된 관통홀의 크기에 의하여 임피던스가 정합됨으로써, 다수의 광대역 공진주파수가 형성되어 서로 다른 주파수 대역의 무선통신 시스템에서 한 안테나를 통해 동시에 사용될 수 있다.
다중 절곡, 슬롯, 급전 선로, 광대역, 공진주파수, 단락부

Description

임피던스 변환형 광대역 안테나 { Impedance Transformation Type Wide Band Antenna }
도 1a는 종래의 스터브를 이용한 단일층 광대역 안테나의 사시도
도 1b는 상기 도 1a의 저면도
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 임피던스 변환형 광대역 안테나 상부면 사시도
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 임피던스 변환형 광대역 안테나 하부면 사시도
도 3은 상기한 도 2와 같은 형태의 안테나에 대한 특성 그래프
* 주요 도면부호에 대한 설명 *
10 : 스터브를 이용한 단일층 광대역 안테나
20 : 유전체 30 : 홀 40 : 패치 51 : 제 1 스터브
52 : 제 2 스터브 60 : 접지판
70 : 급전점 80 : 동축 선로
200 : 임피던스 변환형 광대역 안테나
210 : 급전부 220 : 급전 선로
230 : 관통홀 240 : 방사부
250 : 스터브 260 : 슬롯
270 : 제 1 스터브 280 : 제 2 스터브
290 : 단락부
본 발명은 임피던스 변환형 광대역 안테나에 관한 것으로서, 임피던스가 변환되도록 급전 선로를 다중 경로로 형성하고, 다중 절곡하여 복수의 공진주파수를 형성함으로써, 다중 대역 및 광대역에서 사용할 수 있도록 한 임피던스 변환형 광대역 안테나에 관한 것이다.
현재 무선통신은 협대역 통신으로부터 인터넷과 멀티미디어와 같은 광대역 통신으로 서비스의 변화가 일어나고 있으며, 또한 하나의 단말기로 다중의 서비스를 할 수 있는 통합 시스템의 개발에 대한 필요성 때문에 무선통신 시스템에서의 안테나는 복합적인 기능과 함께 광대역 특성이 요구되고 있다.
도 1a는 종래의 스터브를 이용한 단일층 광대역 안테나의 사시도이고, 도 1b는 상기 도 1a의 저면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 안테나(10)는 그 상면에 구비된 유전체(기판)(20)와, 상기 유전체(20) 상부에 상기 유전체(20)의 폭보다 작은 폭을 가지며, 그 내부에 소정의 홀(30)이 형성된 패치(40)와, 상기 패치(40)의 대각 방향의 모서리측에 부착되어 그의 위치와 크기를 변환시킴으로써, 상기 안테나(10)의 공진주파수와 임피던스를 변환시키기 위한 박판형상의 도체 스터브(50) 및 상기 유전체(20)의 하부에 부착된 전도성 접지판(60)으로 구성된다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 급전점(70)이 상기 패치(40)내에 형성된 홀(30)을 통해 납땜되는 상기 패치(40)와 외부 신호원을 공급하는 동축 선로(80)를 구비한다.
상기 소정 크기의 패치(40)는 왼쪽변의 상단부에 제 1 스터브(51)와 오른쪽의 하단부에 제 2 스터브(52)가 일체형으로 형성된다. 이때, 상기 스터브(51, 52)의 위치가 상기 패치(40)의 중심에 대해 정확히 대칭이 되도록 설계되어야 만이 광대역 특성을 얻을 수 있다. 상기 스터브(51, 52)가 서로 마주보게 설치되는 경우에는 상기 안테나(10)가 광대역 특성을 얻을 수 없기 때문에 상기 스터브(51, 52)를 상기 패치(40)의 중심에 대해 거의 대칭되게 위치시킨다.
한편, 상기 접지판(60)과 방사체인 패치(40)사이에 구비된 유전층(20)은 상기 안테나(10)의 사용용도에 따라 공기층을 이용하여 채워질 수 있으며, 상기 안테나(10)의 급전을 위한 커넥터의 위치도 안테나(10)의 중심으로부터 일측변 방향으로 소정거리 만큼 떨어진 곳에 위치도록 하여 스터브(51, 52)의 치수와 함께 급전점(70)의 위치에 의해 안테나의 임피던스를 조절할 수 있으므로, 임피던스 정합에 의하여 광대역 특성을 얻을 수 있다.
상기 종래의 스터브를 이용한 단일층 광대역 안테나에서는 임피던스를 조절하기 위해서는 스터브의 치수나 급전점의 위치가 변경됨으로써, 실제 무선통신 단말기에 탑재할 수 있는 공간적인 제약을 받는 문제점뿐만 아니라 동일한 안테나 공간내에서의 다중 대역까지 지원을 요구하고 있어 무선통신 시스템에 활용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본체의 소형화에 유리한 임피던스 변환형 광대역 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 다중 경로로 형성된 급전 선로를 다중 절곡하여 높이와 길이 및 다중 경로에 구현된 관통홀의 크기를 조절하여 복수의 공진주파수를 형성함으로써, 다중 대역 및 광대역에서 사용할 수 있도록 한 임피던스 변환형 광대역 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일실시예는 동작 주파수에 따라 소정 길이와 폭으로 형성되며, 복수개의 슬롯 위치에 의하여 임의의 형상으로 형성되어 다수의 스터브로 이루어진 방사부와, 상기 방사부의 측부면 일부분이 외부 접지와 연결되는 단락부와, 상기 단락부와 인접되어 상기 방사부의 측부면에 형성된 스터브로부터 연장되어 다중 절곡되며, 상기 방사부의 하부면에 소정의 길이와 폭으로 형성되는 급전 선로 및 상기 급전 선로의 끝단부에 형성되어 전류가 급전되는 급전부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일실시예에 의하면, 상기 급전 선로는 다중 절곡된 길이와 간격에 의하여 임피던스가 정합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일실시예에 의하면, 상기 급전 선로는 ㄷ-자형 또는 ㄹ-자형 중 어느 한 형상으로 절곡되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일실시예에 의하면, 상기 급전 선로는 상기 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 임피던스 변환형 광대역 안테나 상부면 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 임피던스 변환형 광대역 안테나 하부면 사시도이다.
도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 방사부(240)는 금속 판재가 직육면체 형태로 형성되어 일측 측부면의 일부분이 연장되어 급전 선로(220)와 단락부(290)가 하부면에 형성된다.
상기 스터브(250)는 상기 방사부(240)의 상부면과 측부면에 미앤더 라인형태로 형성된 복수개의 슬롯(260)에 의하여 상기 방사부(240)의 상부면과 측부면에 소정의 길이로 일측이 개방되어 종단되며, 상기 슬롯(260)에 의하여 임의의 형상으로 구분되어 제 1 스터브(270)와 제 2 스터브(280)로 이루어진다.
상기 단락부(290)는 상기 급전 선로(220)와 인접되는 상기 방사부(240)의 일측 측부면에 다른 일부분이 외부 접지와 연결되도록 형성된다.
상기 급전 선로(220)는 상기 단락부(290)와 인접되며, 상기 방사부(240)의 측부면에 형성된 스터브(250)로부터 연장되어 ㄷ-자형으로 다중 절곡되고, 관통홀(230)이 형성되어 다중경로가 이루어진다. 또한, ㄹ-자형 또는 제한된 높이 내에서 보다 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 급전부(210)는 소정 폭을 갖는 사각형 형태로 상기 급전 선로(220)의 끝단부에 형성된다.
상기 임피던스 변환형 광대역 안테나(200)는 소정 폭을 갖는 사각형 형태로 형성된 상기 급전부(210)를 통해 전류가 급전되어 금속 판재로 직육면체 형태를 갖는 상기 방사부(240)에 일측 측부면의 일부분에 형성되는 ㄷ 자형으로 다중 절곡된 상기 급전 선로(220)의 길이에 따른 인덕터스 성분과 상기 급전 선로(220)의 간격에 의하여 조정되어 용량성 커패시턴스 성분 및 유도성 인덕턴스 성분이 형성되며, 상기 급전 선로(220)에 형성된 상기 관통홀에 의하여 다중경로가 전류의 흐름을 변화시켜 유도성 인덕턴스 성분이 형성되고, 상기 관통홀(230)의 크기에 의하여 전류의 흐름이 조정된다.
또한, 상기 단락부(290)가 외부 접지와 연결되어 상기 방사부(240)사이의 높이 및 상기 급전 선로(220)의 면전에 의하여 성분이 조정되며, 상기 용량성 커패시턴스와 유도성 인덕턴스 성분에 의하여 임피던스가 정합되어 다수의 광대역 고주파 공진주파수가 형성되며, 상기 임피던스가 정합된 급전 선로(220)를 통해 상기 방사부(240)의 상부면과 측부면에 복수개의 슬롯(260)에 의하여 상기 방사부(240)의 상부면과 측부면에 소정의 길이로 일측이 개방되어 종단된 제 1 스터브(270)와 제 2 스터브(280)의 길이에 의하여 이중대역의 공진주파수가 형성된다.
도 3은 상기한 도 2와 같은 형태의 안테나에 대한 특성 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도 2와 같은 형태의 안테나(200)에 대해 700MHz ~ 2300MHz 까지 주파수에 따른 반사특성을 측정하였다. 상기 안테나(200)의 정재파비( SWR : Standing Wave Ratio)를 나타내고 있으며, 광대역 특성을 보여주고 있다.
현재 상용되고 있는 셀룰라 통신의 주파수 대역은 800MHz ~ 900MHz 대역이고, PCS의 주파수 대역폭은 1700MHz ~ 1900MHz 이다. IMT-2000의 주파수 대역은 1900MHz ~ 2200MHz로 실제 사용대역은 230MHz가 할당되어 넓은 대역에서 동작하여야 한다. 이를 상기한 본 발명에 따른 상기 안테나(200)의 특성과 비교해보면 안테나의 광대역 특성을 잘 알 수 있으며, 이중 대역이상에서 활용될 수 있음을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 안테나는 각각의 영역을 커버할 수 있을 뿐만 아니라 서로 다른 주파수 대역의 무선통신 시스템에서 하나의 안테나를 통해 동시에 사용될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 임피던스 변환형 광대역 안테나는 다중 경로로 형성되고, 다중 절곡된 급전 선로의 길이와 간격 및 외부 접지와 연결된 상기 단락부와 방사부사이의 높이와 상기 급전 선로에 형성된 관통홀의 크기에 의하여 임피던스가 정합됨으로써, 다수의 광대역 공진주파수가 형성되어 서로 다른 주파수 대역의 무선통신 시스템에서 한 안테나를 통해 동시에 사용되는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 동작 주파수에 따라 소정 길이와 폭으로 형성되며, 복수개의 슬롯 위치에 의하여 임의의 형상으로 형성되어 다수의 스터브로 이루어진 방사부와;
    상기 방사부의 측부면 일부분이 외부 접지와 연결되는 단락부와;
    상기 단락부와 인접되어 상기 방사부의 측부면에 형성된 스터브로부터 연장되어 다중 절곡되며, 상기 방사부의 하부면에 소정의 길이와 폭으로 형성되는 급전 선로; 및
    상기 급전 선로의 끝단부에 형성되어 전류가 급전되는 급전부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환형 광대역 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 급전 선로는 다중 절곡된 길이와 간격에 의하여 임피던스가 정합되는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환형 광대역 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 급전 선로는 ㄷ-자형 또는 ㄹ-자형 중 어느 한 형상으로 절곡되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환형 광대역 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 급전 선로는 상기 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환형 광대역 안테나.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 급전 선로의 다중 절곡된 길이와 간격 및 상기 급전 선로에 형성된 관통홀의 크기에 의하여 유도성 인덕턴스가 조정되는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환형 광대역 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 방사부와 상기 단락부 사이의 높이 및 상기 급전 선로의 면적에 의하여 용량성 커패시턴스가 형성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환형 광대역 안테나.
  7. 제 1 항 제 2 항 제 3 항 내지 제 6 항에 있어서, 상기 방사부는 상기 용량성 커패시턴스와 유도성 인덕턴스에 의하여 임피던스가 정합되어 다수의 광대역 공진주파수가 형성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환형 광대역 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 방사부는 상기 종단된 길이에 의하여 저주파 공진주 파수가 형성되는 제 1 스터브와 고주파 공진주파수가 형성되는 제 2 스터브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환형 광대역 안테나.
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