KR20080006415A - Antenna being in structure of photonic band gap - Google Patents

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Abstract

An antenna having a photonic band gap structure is provided to improve a signal reception/transmission efficiency of the antenna by enhancing a front/back ratio and an isolation of the antenna. An antenna having a photonic band gap structure includes a metal layer(110), plural conductive pins(114), and an EMI(ElectroMagnetic Interference) shielding plate(116). Radiating elements are implemented on the metal layer. The conductive pins are fixed to be vertical to an edge of the metal layer. The EMI shielding plate is supported on the conductive pin and shields an electromagnetic signal which is diffracted under the metal layer. When the metal layer has a polygonal shape, the EMI shielding plate is arranged on one of the metal layers. A frequency band of the shielded electromagnetic signal is determined by a width of the EMI shielding plate, a spacing between the conductive pins, and a height of the conductive pin.

Description

광자밴드갭 구조의 안테나{Antenna being in structure of photonic band gap}Antenna being in structure of photonic band gap

도 1은 일반적인 안테나 형태 및 방사 패턴을 도시한 도면.1 illustrates a typical antenna shape and radiation pattern.

도 2는 일반적인 안테나에 사용되는 광자밴드갭 구조를 도시한 도면.2 is a diagram illustrating a photon bandgap structure used in a general antenna.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나 형태를 도시한 분해사시도 및 전파의 방사 패턴을 도시한 도면.Figure 3 is an exploded perspective view showing the form of the antenna of the photon bandgap structure in accordance with an embodiment of the present invention and a radiation pattern of radio waves.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나 상에서 특정 주파수의 전파가 차단되는 형태를 시뮬레이션한 도면.4 is a diagram simulating a form in which propagation of a specific frequency is blocked on the antenna of the photon bandgap structure according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나 상에서 차단되는 특정 주파수 대역을 비교도시한 그래프.FIG. 5 is a graph illustrating a comparison of specific frequency bands blocked on an antenna having a photon bandgap structure according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.

도 6은 완전도체 구조물을 이용하여 구현된 안테나 형태를 도시한 사시도.Figure 6 is a perspective view showing the shape of the antenna implemented using the full conductor structure.

도 7은 종래 안테나의 형태를 도시한 도면, 차단 주파수 대역의 그래프 및 방사 패턴을 측정한 그래프.7 is a view showing the shape of a conventional antenna, a graph of a cutoff frequency band and a graph measuring a radiation pattern.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나의 형태를 도시한 도면, 차단 주파수 대역의 그래프 및 방사 패턴을 측정한 그래프.8 is a diagram showing the shape of the antenna of the photon bandgap structure according to an embodiment of the present invention, a graph of a cutoff frequency band and a graph measuring a radiation pattern.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

100: 본 발명에 의한 광자밴드갭 구조의 안테나100: antenna of the photon bandgap structure according to the present invention

110: 금속층 112: 방사소자110: metal layer 112: radiating element

114: 도전핀 116: 전파차폐판114: conductive pin 116: radio shield

120: 유전체층 140: 그라운드층120: dielectric layer 140: ground layer

142: 급전라인142: feed line

본 발명은 RF통신모듈에 사용되는 안테나 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna structure used in the RF communication module.

현재, 널리 사용되고 있는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), RFID(Radio Frequency IDentification) 장치와 같은 이동통신단말기에는 각종 전자소자가 내장되어 기능되고, 이들 전자소자는 PCB(Printed Circuit Board)상에서 집적모듈을 이루어 구성되는 것이 일반적이다.Currently, mobile communication terminals such as mobile phones, smart phones, personal digital assistants (PDAs), and radio frequency identification (RFID) devices are widely used, and various electronic devices are embedded and these electronic devices are mounted on a printed circuit board (PCB). It is common to form an integrated module.

이러한 통신모듈에는 송수신된 신호를 전기적인 신호 및 대기중의 신호로 상호 변환시켜주는 안테나가 반드시 필요로 된다.In such a communication module, an antenna for converting a transmitted / received signal into an electrical signal and a signal in the air is necessary.

즉, 안테나는 전압/전류로 표현되는 전기적 신호 및 전기장/자기장으로 표현되는 전자기파를 상호 변환해주는 장치로서, 안테나 외부의 전자기장의 변화와 안테나 내부의 도선상의 전기적 신호를 상호 연동시키게 된다.That is, the antenna is a device for converting the electrical signal expressed in voltage / current and the electromagnetic wave expressed in the electric field / magnetic field to interwork with the change of the electromagnetic field outside the antenna and the electrical signal on the wire inside the antenna.

이러한 안테나의 종류는 매우 다양한데, 가령 다이폴(dipole) 안테나, 모노폴(monopole) 안테나, 마이크로스트립(microstrip) 안테나("패치(patch) 안테나" 라고도 함), 혼(horn) 안테나, 파라볼릭(parabolic) 안테나, 헬리컬(helical) 안테 나, 슬롯(slot) 안테나 등을 그 예로 들 수 있다.There are many different types of antennas, such as dipole antennas, monopole antennas, microstrip antennas (also called "patch antennas"), horn antennas, and parabolic. Examples include antennas, helical antennas, slot antennas, and the like.

특히, LTCC(Low temperature co-fired ceramic) 기판과 같이 다층구조를 가지는 통신모듈의 경우에는 기판인쇄형 안테나(printed antenna)가 많이 사용되는데, 상기 기판인쇄형 안테나는 크게 공진형 안테나(resonator type antenna)와 진행파형 안테나(traveling wave antenna)로 구분된다.In particular, in the case of a communication module having a multi-layered structure such as a low temperature co-fired ceramic (LTCC) substrate, a printed antenna is used. The printed antenna is a resonator type antenna. ) And a traveling wave antenna.

도 1은 일반적인 안테나(10)의 형태 및 방사 패턴을 도시한 도면이고, 도 2는 일반적인 안테나에 사용되는 광자밴드갭 구조(24)를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram illustrating a shape and a radiation pattern of a general antenna 10, and FIG. 2 is a diagram illustrating a photon bandgap structure 24 used in a general antenna.

도 1에 의하면, 일반적인 기판인쇄형 안테나(10)의 단순화된 형태가 도시되어 있는데, 기판층(보통, 금속박막층, 유전체층, 접지층의 적층 구조를 이룬다)(12) 위로 방사소자(Radiator)(14)가 형성된다.Referring to FIG. 1, a simplified form of a general substrate printed antenna 10 is shown, which comprises a radiator over a substrate layer (usually a lamination structure of a metal thin film layer, a dielectric layer, and a ground layer) 12. 14) is formed.

상기 기판층(12)의 내부로는 급전 라인(Feeding Line)과 급전 슬롯이 형성되어(도시되지 않음) 전류가 공급되고, 전류는 전자계 에너지를 형성하여 방사소자(14)로 전류를 여기시킨다.A feeding line and a feeding slot are formed (not shown) inside the substrate layer 12 to supply current, and the current forms electromagnetic energy to excite the current to the radiating element 14.

전류가 여기되면 방사소자(14)는 여진되어 외부로 전자기파를 방사시킨다.When current is excited, the radiating element 14 is excited to radiate electromagnetic waves to the outside.

이때, 상기 방사소자(14)의 종류에 따라 방사되는 전자기파의 방향이 달라지는데, 가령 방사소자(14)가 패치 형태로 구비되면 안테나의 상측, 즉 공간좌표 상의 z축 방향으로 주(main)방사가 이루어진다.At this time, the direction of the electromagnetic wave is changed according to the type of the radiating element 14, for example, if the radiating element 14 is provided in the form of a patch, the main radiation in the upper side of the antenna, that is, the z axis in the spatial coordinates Is done.

또한, 상기 방사소자(14)가 테이퍼드 슬롯 형태로 구비되면 슬롯이 개방된 측면으로, 즉 공간좌표상의 x축 또는 y측에 해당하는 한 면으로 주방사가 이루어진다.In addition, if the radiating element 14 is provided in the form of a tapered slot, the chef is made to the side that the slot is open, that is, one side corresponding to the x-axis or y-side on the spatial coordinates.

그리고, 상기 방사소자(14)가 다이폴 형태인 경우, 두 개의 서로 다른 극을 가지는 도전체가 해당 주파수 대역의 1/2 길이로 형성되어 전방향 방사가 가능해진다.In addition, when the radiating element 14 has a dipole shape, a conductor having two different poles is formed to have a length 1/2 of a corresponding frequency band, thereby enabling omnidirectional radiation.

그러나, 이러한 안테나들은, 기판 끝단의 전파 회절 현상에 의하여 전자기파가 기판층의 뒷면으로도 방사된다.However, these antennas, electromagnetic waves are also emitted to the back of the substrate layer by the radio wave diffraction phenomenon at the end of the substrate.

도 1을 참조하면, 안테나는 메인 로브(Lobe)(B1), 양측의 사이드 로브(B2), 후방의 백 로브(B3) 등의 방사 패턴을 가지는데, 회절 현상에 의한 백 로브(B3)도 큰 수치로 측정됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 1, the antenna has radiation patterns such as a main lobe B1, side lobes B2 on both sides, and a back lobe B3 on the rear side, and a back lobe B3 due to a diffraction phenomenon. It can be seen that the measurement is large.

통신 모듈에 사용되는 안테나는 다음과 같은 요건들을 갖추어야 고품질의 통신을 제공할 수 있는데, 그 요건으로는 첫째, 적정 수준 이상의 강도를 가지는 신호를 수신할 수 있어야 하고, 둘째, 적정 수준 이상의 신호 대 잡음비를 가져야 한다. 셋째로는 반사파 등으로 인하여 발생되는 다중경로 송수신환경에 대응할 수 있어야 하고, 넷째, 전후방비(Front/Back ratio)와 로브간 격리도가 좋아야 한다.The antenna used in the communication module must meet the following requirements in order to provide high quality communication. First, the antenna must be able to receive a signal having a strength above an appropriate level, and second, a signal-to-noise ratio above an appropriate level. Should have Third, it must be able to cope with multi-path transmission / reception environment caused by reflected waves, etc. Fourth, the front / back ratio and isolation between lobes should be good.

특히, 네번째 요건은 안테나의 성능을 판단하는 중요한 파라미터로서, 백로브의 발생을 최대한 억제시키는 것은 전후방비와 격리도를 개선시킬 수 있게 한다.In particular, the fourth requirement is an important parameter for determining the performance of the antenna, and suppressing the occurrence of backlobe as much as possible can improve the front-to-back ratio and isolation.

패치 안테나의 경우, 도 2에 도시된 것처럼 기판(22) 상의 패치(24)간 격리도를 향상시키기 위하여, 광자밴드갭(PBG) 구조(26)가 이용되기도 하는데, 종래의 광자밴드갭 구조(26)는 패치 사이의 전파 간섭을 억제하는 것이 주된 목적으로서 백로브가 발생되는 것을 막는 효과는 현저히 떨어진다.In the case of a patch antenna, a photon bandgap (PBG) structure 26 is also used to improve the isolation between the patches 24 on the substrate 22, as shown in FIG. The main purpose of suppressing the propagation interference between the patches is to significantly reduce the effect of preventing back lobes from occurring.

또한, 종래의 광자밴드갭 구조는 배열이 복잡하고 갭 사이즈가 크며 전파 차 폐 효과가 좋지 못한 단점이 있다. 그리고, 종래의 광자밴드갭 구조는 공정 상 제작이 어려우며, 소자마다 일정한 간격을 확보해야 하므로 안테나의 크기를 최소화하는데 한계가 있다.In addition, the conventional photon bandgap structure has a disadvantage in that the arrangement is complicated, the gap size is large, and the radio wave shielding effect is not good. In addition, the conventional photon bandgap structure is difficult to manufacture in the process, and there is a limit in minimizing the size of the antenna because a certain interval must be secured for each device.

본 발명은 백로브 현상을 억제함으로써 전/후방비와 격리도가 개선되는 안테나를 제공한다.The present invention provides an antenna in which the front / rear ratio and isolation are improved by suppressing a back lobe phenomenon.

또한, 본 발명은 백로브 현상을 억제함에 있어서, 제작이 쉽고 작은 사이즈로 구현가능하면서도 전파 차폐효과가 우수한 광자밴드갭 구조의 안테나를 제공한다.In addition, the present invention provides an antenna having a photon bandgap structure, which is easy to manufacture and can be implemented in a small size, and has excellent radio wave shielding effect in suppressing a back lobe phenomenon.

본 발명에 의한 광자밴드갭 구조의 안테나는 방사소자가 실장된 금속층; 상기 금속층의 외곽부에 수직하게 고정되는 다수개의 도전핀; 및 상기 도전핀 위에 올려져 지지되고 상기 금속층 아래면으로 회절되는 전파를 차폐시키는 전파차폐판을 포함한다.The antenna of the photon bandgap structure according to the present invention comprises a metal layer mounted with a radiating element; A plurality of conductive pins fixed perpendicularly to an outer portion of the metal layer; And a radio wave shielding plate mounted on the conductive pin and shielding radio waves diffracted to the bottom surface of the metal layer.

또한, 본 발명에 의한 광자밴드갭 구조의 안테나는 상기 전파차폐판의 폭, 상기 도전핀 사이의 간격 및 상기 도전핀의 높이 중 하나 이상의 변수에 의하여 상기 차폐되는 전파의 주파수 대역이 결정된다.In addition, in the antenna of the photon bandgap structure according to the present invention, the frequency band of the shielded radio wave is determined by at least one of a width of the radio wave shield plate, a gap between the conductive pins, and a height of the conductive pins.

또한, 본 발명에 의한 광자밴드갭 구조의 안테나에 구비되는 상기 도전핀 및 상기 전파차폐판은 상기 방사소자의 메인 로브(Lobe)의 양측으로 상호 대향하게 배치된다.In addition, the conductive pin and the wave shielding plate provided in the antenna of the photon bandgap structure according to the present invention are disposed opposite to each other of the main lobe of the radiating element.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an antenna having a photon bandgap structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나(100) 형태를 도시한 분해사시도 및 전파의 방사 패턴을 도시한 도면이다.3 is an exploded perspective view showing the form of the antenna 100 of the photon bandgap structure according to an embodiment of the present invention and a diagram showing the radiation pattern of radio waves.

도 3에 의하면, 본 발명에 의한 광자밴드갭 구조의 안테나(100)는 접지층(140), 유전체층(120), 금속층(110), 광자밴드갭소자(114, 116) 및 방사소자(112)를 포함하여 이루어지는데, 본 발명에 의한 광자밴드갭소자(114, 116)는 백로브의 방사 패턴을 차폐시키기 위한 것으로서 다양한 종류의 안테나에 구비될 수 있다.Referring to FIG. 3, the antenna 100 having a photon bandgap structure according to the present invention includes a ground layer 140, a dielectric layer 120, a metal layer 110, photon bandgap elements 114 and 116, and a radiating element 112. The photon bandgap elements 114 and 116 according to the present invention are provided to shield the radiation pattern of the back lobe and may be provided in various kinds of antennas.

가령, 본 발명에 의한 광자밴드갭 구조는 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, 마이크로스트립 안테나, 패치 안테나, 혼 안테나, 파라볼릭 안테나, 헬리컬 안테나, 슬롯 안테나 등에 응용될 수 있다.For example, the photon bandgap structure according to the present invention may be applied to a dipole antenna, a monopole antenna, a microstrip antenna, a patch antenna, a horn antenna, a parabolic antenna, a helical antenna, and a slot antenna.

본 발명의 실시예에서, 상기 방사소자(112)는 ±45°이중편파 방사소자로 구비되는 것으로 한다.In the embodiment of the present invention, the radiation element 112 is to be provided as a ± 45 ° dual polarization radiation element.

상기 접지층(140)은 어느 한 측단으로부터 중앙부까지 급전 선로(142)가 형성되며, 상기 급전 선로(142)는 전류가 공급되면 전자계를 형성하여 에너지를 방출한다.The ground layer 140 has a feed line 142 is formed from one side end to the center portion, the feed line 142 emits energy by forming an electromagnetic field when a current is supplied.

일반적으로, 안테나(100)의 최전방에 위치되는 금속층(110)으로부터 신호를 송신하거나 수신하기 위한 방식으로는 급전 선로(142)가 통전로를 통하여 연결되어 전류를 직접 제공하는 직접급전 방식 및 급전 선로(142)가 전자계를 형성하여 전자 계 에너지를 전달하는 간접급전 방식이 있는데, 본 발명에 의한 안테나(100)는 상기 직접급전 방식을 이용한다.In general, as a method for transmitting or receiving a signal from the metal layer 110 located at the foremost of the antenna 100, the power supply line 142 is connected through an electricity supply line to directly supply a current and a power supply line. There is an indirect feeding method in which 142 forms an electromagnetic field and transfers electromagnetic energy, and the antenna 100 according to the present invention uses the direct feeding method.

상기 금속층(110)은 금속 재질로 이루어지며, 가령 구리와 같은 금속재질이 사용될 수 있다.The metal layer 110 is made of a metal material, for example, a metal material such as copper may be used.

상기 유전체층(120)은 접지층(140)과 금속층(110)을 절연시키며, 접지층(140)의 급전 선로(142)는 유전체층(120)의 비아홀(도시되지 않음)을 거쳐 금속층(110)의 방사소자(112)와 전기적으로 연결된다.The dielectric layer 120 insulates the ground layer 140 and the metal layer 110, and the feed line 142 of the ground layer 140 passes through a via hole (not shown) of the dielectric layer 120. It is electrically connected to the radiating element 112.

상기 광자밴드갭소자(114, 116)는 금속층(110) 상면에 직선으로 배열된 다수개의 도전핀(114)과 도전핀(114) 위에 고정되는 전파차폐판(116)으로 이루어지는데, 도전핀(114)들은 동일한 높이를 가지고, 일정한 간격으로 배열된다.The photon bandgap elements 114 and 116 include a plurality of conductive pins 114 arranged in a straight line on the upper surface of the metal layer 110 and a radio wave shield plate 116 fixed on the conductive pins 114. 114) have the same height and are arranged at regular intervals.

상기 도전핀(114)은 상기 금속층(110)의 외곽부에 수직하게 고정되며, 상기 전파차폐판(116)은 도전핀(114) 위에 올려져 지지되고 상기 금속층(110) 아래면으로 회절되는 전파를 차폐시킨다.The conductive pins 114 are fixed perpendicularly to the outer portion of the metal layer 110, and the radio wave shielding plate 116 is supported on the conductive pins 114 and propagated to the bottom surface of the metal layer 110. Shield.

상기 도전핀(114)과 전파차폐판(116)은 금속층(110)과 동일하게 도전체로 형성된다.The conductive pin 114 and the wave shield plate 116 are formed of a conductor in the same manner as the metal layer 110.

우선, "광자밴드갭 현상"에 대하여 살펴보면 다음과 같다.First, the "photon band gap phenomenon" will be described.

광자밴드갭(Photonic Band Gap; PBG) 이론은 반도체 기술 중 전자의 움직임을 제어하는 기술을 이용한 것으로서, 전도띠 (conduction band)와 원자가띠(valance band)사이에 존재하는 전자 밴드갭(electronic band gap)에 의하여 물질을 구성하는 원자나 분자들의 규칙적인 배열에 의한 포텐셜이 형성된다.Photonic Band Gap (PBG) theory is a technology that controls the movement of electrons in semiconductor technology, and it is an electronic band gap that exists between the conduction band and the valence band. ) Creates a potential by the regular arrangement of atoms or molecules that make up a substance.

즉, 전자파에 대하여 포텐셜로 작용하는 유전체를 주기적으로 배열하면 전자밴드갭 개념과 마찬가지로 전자파에 대한 밴드갭이 형성되고, 이는 특정한 파장을 가진 전자기파를 선택적으로 통과시키거나 혹은 진행을 막을 수 있음을 의미한다.In other words, the periodic arrangement of dielectrics acting as potentials for electromagnetic waves creates a band gap for electromagnetic waves, similar to the concept of electronic band gaps, which means that electromagnetic waves with a specific wavelength can be selectively passed or prevented from proceeding. do.

3차원의 주기적인 어레이 배열에서 전자기파에 대한 맥스웰 방정식은 다음과 같다.The Maxwell's equation for electromagnetic waves in a three-dimensional periodic array array is

▽× [1/ε(r) ×▽×H(r)] = W2/C2×H(r)▽ × [1 / ε (r) × ▽ × H (r)] = W 2 / C 2 × H (r)

상기 수학식1에서 광자결정 단위격자벡터 Ri는 (3차원에 대해 i=1,2,3)에 대해 주기 유전함수 ε(r) = ε(r + Ri)와 일치한다. 이 경우 Bloch-Floquet 이론을 적용하면 상기 방정식의 해는 고유치 ωn(k)과 함께 H(r) = eik·xHn,k(r)형태로 선택할 수 있으며, Hn,k는 주기포락 함수 (periodic envelope function)를 만족한다.In Equation 1, the photonic crystal unit grid vector Ri coincides with the periodic dielectric function ε (r) = ε (r + Ri) for (i = 1, 2, 3 for 3 dimensions). In this case, applying the Bloch-Floquet theory, the solution of the equation can be selected in the form of H (r) = eik · xHn, k (r) with eigenvalues ωn (k), where Hn, k is a periodic envelope function (periodic envelope). satisfies the function).

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나(100) 상에서 특정 주파수의 전파가 차단되는 형태를 시뮬레이션한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나(100) 상에서 차단되는 특정 주파수 대역을 비교도시한 그래프이다.FIG. 4 is a diagram illustrating a form in which propagation of a specific frequency is blocked on the antenna 100 having a photonic bandgap structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an antenna having a photon bandgap structure according to an embodiment of the present invention. A graph showing a comparison of specific frequency bands blocked on 100.

도 4를 참조하면, 도전핀(114)과 전파차폐판(116)으로 이루어지는 광자밴드갭소자(114, 116)는 전파차폐판(116)의 폭, 도전핀(114) 사이의 간격, 도전핀(114)의 높이와 같은 변수에 의하여 특정 주파수 대역의 전파를 차폐시키는데, 가령, 전파차폐판(116)의 폭이 20mm이고, 도전핀(114) 사이의 간격이 35mm이며, 도전 핀(114)의 높이가 20mm인 경우, 약 2GHz 내지 2.5GHz(-10 dB 기준 대역폭임)의 전파가 차폐된다.Referring to FIG. 4, the photon bandgap elements 114 and 116 including the conductive pin 114 and the radio wave shielding plate 116 have a width of the radio wave shielding plate 116, a gap between the conductive pins 114, and a conductive pin. Shielding the radio wave of a specific frequency band by a variable such as the height of the 114, for example, the width of the radio shield plate 116 is 20mm, the spacing between the conductive pins 114 is 35mm, conductive pin 114 If the height of 20 mm, radio waves of about 2 GHz to 2.5 GHz (-10 dB reference bandwidth) are shielded.

즉, E, H, Z 축의 3차원 전자계 평면 중에서 Z 축 방향의 전파가 광자밴드갭소자에 의하여 차폐되는 형태를 확인할 수 있다.That is, it can be seen that the radio wave in the Z-axis direction is shielded by the photon bandgap element among the three-dimensional electromagnetic field planes of the E, H, and Z axes.

이렇게 후방 방사되는 전파가 차폐됨으로써 전파의 이용 효율이 높아지고 이는 본 발명에 의한 안테나(100)가 와이브로(Wi-Bro)용 단말기 뿐만 아니라 기지국, 중계기용 안테나로 이용될 수 있음을 의미한다.As the radio wave radiated backward is shielded, the utilization efficiency of the radio wave is increased, which means that the antenna 100 according to the present invention can be used as a base station and a repeater antenna as well as a Wi-Bro terminal.

또한, 도 5를 참조하면, 세 개의 측정선이 도시되어 있는데, x축은 단위가 주파수(GHz)이고, y축은 단위가 벡터 필드의 전계 세기(dB)이다.In addition, referring to FIG. 5, three measurement lines are illustrated, where the x-axis is a frequency (GHz) and the y-axis is a field strength (dB) of a vector field.

측정선 "D1"은 상기 금속층(110) 상에 방사 소자(112)로부터의 전파를 가이드하는 구조물이 형성되지 않았을 경우의 전파 측정선이다.The measuring line "D1" is a radio wave measuring line when a structure for guiding radio waves from the radiating element 112 is not formed on the metal layer 110.

측정선 "D1"에 의하면 어느 주파수 대역이든 전파가 차폐되지 못하고 고르게 전파가 통과됨을 알 수 있다.According to the measurement line "D1", it can be seen that the radio wave is not shielded in any frequency band and the radio wave passes evenly.

도 6은 완전도체 구조물을 이용하여 구현된 안테나(30) 형태를 도시한 사시도이다.6 is a perspective view showing the shape of the antenna 30 implemented using the full conductor structure.

도 6에 도시된 안테나(30)는 본 발명에 의한 안테나(100)와 그 형태가 유사하나, 금속층(32) 위에 PEC(Perfect Electric Conductor; 완전도체) 구조물(판형 도체판)(36)이 수직하게 형성되고, PEC 구조물(36) 위로 전파차폐판(34)이 결합된 점이 상이하다.The antenna 30 shown in FIG. 6 is similar in shape to the antenna 100 according to the present invention, but the PEC (Perfect Conductor) structure (plate conductor plate) 36 is vertical on the metal layer 32. Formed, and the radio wave shielding plate 34 is coupled to the PEC structure 36 is different.

측정선 "D3"은 도 6의 PEC(Perfect Electric Conductor; 완전도체) 구조 물(36)에 의한 안테나(30)의 전파가 가이드되는 경우를 측정한 측정선인데, 고대역 주파수에서 약간의 차폐 효과가 측정되었으나, 그 효과는 경미한 수준이다.The measurement line "D3" is a measurement line in which the propagation of the antenna 30 by the PEC (Perfect Electric Conductor) structure 36 of FIG. 6 is guided, and a slight shielding effect at a high band frequency. Was measured, but the effect is slight.

반면, 측정선 "D2"를 보면 이는 본 발명에 의한 광자밴드갭소자(112)가 구비된 경우의 전파를 측정한 것으로서, 전술한 대로 약 2.16 GHz 대역의 주파수가 효과적으로 차단되고 있음을 알 수 있다.On the other hand, the measurement line "D2" is a measurement of the radio wave when the photon bandgap element 112 according to the present invention, it can be seen that the frequency of about 2.16 GHz band is effectively blocked as described above. .

그리고, 도 3에 도시된 본 발명의 안테나(100)가 가지는 방사패턴을 보면, 도 1에 도시된 일반적인 안테나(10)에 비하여 백 로브 방사가 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있다.And, looking at the radiation pattern of the antenna 100 of the present invention shown in Figure 3, it can be seen that the back lobe radiation is significantly reduced compared to the general antenna 10 shown in FIG.

도 3에 도시된 상기 광자밴드갭소자(114, 116)는 두 부분으로서 메인 로브(방사 소자의 배열)의 양측으로 상호 대향하게 형성된 것을 볼 수 있는데, 안테나의 종류나 방사 소자(112)의 형태에 따라 상기 광자밴드갭소자(114, 116)의 형태 및 배치도 상이해질 수 있음은 물론이다.It can be seen that the photon bandgap elements 114 and 116 shown in FIG. 3 are formed as two parts facing each other on both sides of the main lobe (array of radiating elements). The type of antenna and the shape of the radiating element 112 are shown. As a matter of course, the shape and arrangement of the photon bandgap elements 114 and 116 may be different.

가령, 방사 소자(112)의 메인 로브가 금속층(110)의 상면으로만 향하는 경우, 상기 광자밴드갭소자(114, 116)는 방사 소자(112)의 주위를 모두 감싸는 형태(RF fence)로 배치될 수도 있을 것이다.For example, when the main lobe of the radiating element 112 is directed only to the upper surface of the metal layer 110, the photon bandgap elements 114 and 116 are disposed in an RF fence surrounding all of the radiating element 112. It could be.

또한, 상기 광자밴드갭소자(114, 116)는 금속층(110)의 끝단에 인접되게 위치되는 것이 백 로브 방사를 차폐시키는데 있어서 유리하다.In addition, it is advantageous for the photon bandgap elements 114 and 116 to be located adjacent to the ends of the metal layer 110 to shield back lobe radiation.

도 7은 종래 안테나의 형태, 차단 주파수 대역의 그래프 및 방사 패턴을 측정한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광자밴드갭 구조의 안테나의 형태, 차단 주파수 대역의 그래프 및 방사 패턴을 측정한 그래프이다.7 is a graph measuring a shape of a conventional antenna, a graph of a cutoff frequency band, and a radiation pattern, and FIG. 8 is a graph of a shape of an antenna having a photon bandgap structure, a cutoff frequency band, and a radiation pattern according to an embodiment of the present invention. It is a graph measured.

상기 도 7과 도 8에 도시된 그래프 상에서, x축은 주파수 단위가 주파수(GHz)이고, y축은 S 파라미터의 크기(dB)를 나타낸다.In the graphs illustrated in FIGS. 7 and 8, the x-axis represents frequency (GHz) and the y-axis represents magnitude (dB) of the S parameter.

도 7 (a) 도면과 도 8의 (a) 도면을 비교하여 보면, 각각의 안테나(10, 100)는 금속층에 급전선로(16, 142)와 연결된 방사소자(14, 112)를 포함하고, 본 발명에 의한 안테나(도 8의 (a)도면)(100)는 광자밴드갭소자(114, 116)가 더 구비된 것을 볼 수 있는데, 도 6의 (b)도면과 도 7의 (b) 도면을 비교하여 보면, 방사소자가 동일하게 약 2.16 GHz 대역의 주파수를 공진시켜 전파를 방사시키고 있음을 볼 수 있다.7 (a) and 8 (a), the antennas 10 and 100 each include radiating elements 14 and 112 connected to the feed lines 16 and 142 on a metal layer. The antenna 100 according to the present invention (Fig. 8 (a) Figure) 100 can be seen that the photon band gap elements 114, 116 are further provided, Fig. 6 (b) and Fig. 7 (b) Comparing the drawings, it can be seen that the radiating element radiates radio waves by resonating the frequency in the band of about 2.16 GHz.

그러나, 종래에서는 약 -12.94 dB의 전파 수치가 측정된 반면, 본 발명에 의한 안테나에 의하면, 약 -22.17 dB의 전파 수치가 측정된 것을 볼 수 있다.However, while the radio wave number of about -12.94 dB is conventionally measured, the radio wave number of about -22.17 dB is measured according to the antenna according to the present invention.

이는 안테나의 후면으로 발생되는 불필요한 방사가 효과적으로 제거되어 신호에 대한 감도가 향상되었음을 의미한다.This means that unnecessary radiation generated to the rear of the antenna is effectively removed, thereby improving sensitivity to the signal.

또한, 도 7의 (c) 도면과 도 8의 (c) 도면을 비교하여 보면, 도 7에 비하여 도 8에 도시된 전파 그래프가 원형에서 그 양단이 더 찌그러져 있는데, 이는 백 로브 방사가 차폐되어 메인 로브 방향으로 향하는 전파의 집중도가 향상되었음을 의미한다.In addition, when comparing FIG. 7C and FIG. 8C, the propagation graph shown in FIG. 8 is more distorted in a circle than in FIG. 7, and the back lobe radiation is shielded. This means that the concentration of radio waves directed toward the main lobe is improved.

이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명 의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, these are only examples and are not intended to limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may have an abnormality within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications are not illustrated. For example, each component specifically shown in the embodiment of the present invention can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

본 발명에 의한 광자밴드갭 구조의 안테나에 의하면, 전/후방비와 격리도가 개선됨으로써 안테나 효율이 좋아지고, 보다 적은 전력으로도 신호를 안정적으로 송수신할 수 있는 안테나를 제공할 수 있게 된다.According to the antenna of the photon bandgap structure according to the present invention, the antenna efficiency is improved by improving the front / rear ratio and isolation, and it is possible to provide an antenna capable of stably transmitting and receiving signals with less power.

또한, 본 발명에 의하면, 광자밴드갭 구조의 폭, 간격, 높이 등과 같은 변수를 조합함으로써 차단하고자 하는 전파의 주파수 대역을 용이하게 선택할 수 있으며, 단순한 공정으로도 광자밴드갭 구조를 형성할 수 있으므로 최소한의 비용과 시간으로 고성능의 안테나를 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by combining a variable such as the width, spacing, height, etc. of the photon bandgap structure, it is possible to easily select the frequency band of the radio wave to be blocked, and can also form a photon bandgap structure by a simple process It is effective to manufacture high performance antennas with minimum cost and time.

Claims (6)

방사소자가 실장된 금속층;A metal layer on which the radiating element is mounted; 상기 금속층의 외곽부에 수직하게 고정되는 다수개의 도전핀; 및A plurality of conductive pins fixed perpendicularly to an outer portion of the metal layer; And 상기 도전핀 위에 올려져 지지되고 상기 금속층 아래면으로 회절되는 전파를 차폐시키는 전파차폐판을 포함하는 광자밴드갭 구조의 안테나.And a radio shielding plate mounted on the conductive pin and shielding radio waves diffracted to the bottom surface of the metal layer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속층이 다각형태인 경우, 상기 도전핀 및 상기 전파차폐판은 하나 이상의 상기 금속층면에 배치되는 것을 특징으로 하는 광자밴드갭 구조의 안테나.And the conductive pins and the wave shielding plate are disposed on at least one surface of the metal layer when the metal layer has a polygonal shape. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전파차폐판의 폭, 상기 도전핀 사이의 간격 및 상기 도전핀의 높이 중 하나 이상의 변수에 의하여 상기 차폐되는 전파의 주파수 대역이 결정되는 것을 특징으로 하는 광자밴드갭 구조의 안테나.And a frequency band of the shielded radio wave is determined by at least one of a width of the radio wave shield plate, a gap between the conductive pins, and a height of the conductive pins. 제 1항에 있어서, 상기 방사소자는The method of claim 1, wherein the radiating element 상기 금속층 상에 돌출형 또는 패치형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 광자밴드갭 구조의 안테나.An antenna having a photonic bandgap structure, characterized in that provided on the metal layer protruding or patch-shaped. 제 1항에 있어서, 상기 도전핀 및 상기 전파차폐판은The method of claim 1, wherein the conductive pin and the wave shield plate 상기 금속층의 면끝단에 인접되게 배치되는 것을 특징으로 하는 광자밴드갭 구조의 안테나.The photonic bandgap structure antenna, characterized in that disposed adjacent to the surface end of the metal layer. 제 1항에 있어서, 상기 도전핀 및 상기 전파차폐판은The method of claim 1, wherein the conductive pin and the wave shield plate 상기 방사소자의 메인 로브(Lobe)의 양측으로 상호 대향하게 배치되는 것을 특징으로 하는 광자밴드갭 구조의 안테나.An antenna having a photonic bandgap structure, which is disposed to face each other on both sides of the main lobe of the radiating element.
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