KR20080043480A

KR20080043480A - 마이크로스트립 패치 안테나 제조 방법

Info

Publication number: KR20080043480A
Application number: KR1020060112084A
Authority: KR
Inventors: 김종옥; 김상훈
Original assignee: (주) 큐알온텍
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-19

Abstract

본 발명은 마이크로스트립 패치 안테나 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패치와 여기부의 면적 비를 여기부의 유전율에 따라 설정하여 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시킬 수 있도록 한 마이크로스트립 패치 안테나 제조 방법이 개시되어 있다.이러한 본 발명은, 급전부의 하부에 설치되는 여기부와 구비하여 마이크로 스트립 패치 안테나 제조 방법에 있어서, 마이크로스트립 패치 안테나의 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시키기 위해 상기 여기부의 유전율에 따라 상기의 패치와 여기부의 면적 비를 설정하는 것을 특징으로 하고, 여기서, 상기 여기부와 패치부의 면적비가 25X16인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 여기부와 패치부의 면적 비를 상기 여기부의 유전율에 따라 설계함으로써, 안테나의 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시킬 수 있고, 수신 감도를 향상시키기 위한 불필요한 부품 및 제조 공정 과정이 생략되므로 안테나의 경박 단소화가 가능하고, 따라서, 금형비 등의 비용 절감 효과 및 디엠비 및 지피에스 겸용 수신 장치 내에 내장이 가능하다.

마이크로스트립 패치 안테나, 패치, 원형 편파, 급전부, 여기부

Description

마이크로스트립 패치 안테나 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MICROSTRIP PATCH ANTENA}

도 1은 일반적인 안테나의 종류를 보인 도이다.

도 2는 도 1에 도시된 안테나를 보인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제조 과정을 설명하기 위한 도이다.

도 4는 도 3의 안테나의 단면도를 보인 도이다.

도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 안테나의 원형 편파 특성을 보인 도들이다.

<도면의 주요부분에 대한 상세한 설명>

11 : 여기부 13 : 급전부

15 : 패치

본 발명은 마이크로스트립 패치 안테나 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나의 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시킬 수 있도록 한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 GPS용 안테나는 위성으로부터 전파를 수신하고 고주파 회로에 그 신호를 출력하는 역할을 한다. 그 때문에 GPS 안테나에는 위성으로부터의 전파를 고효율로 수신하는 기능과 그 신호를 열화 시키는 일없이 고주파 회로에 전송하는 기능이 필요하다. GPS에서 측위를 하려면 동시에 4개의 위성으로부터 전파를 수신해야 한다. 지구에서 위성을 보면 방위, 앙각 등 모두가 정해져 있지 않으며, 항상 계속 이동한다. 때문에 GPS 안테나는 전체의 방위에 걸쳐 저앙각으로 실제로 수신 가능한 지향성이 요구된다. 그리고 GPS의 위성으로부터의 전파는 대단히 미약하므로 손실이 적은 안테나가 요구다.

인공위성이라 하면 파라볼라 안테나를 연상하겠지만, GPS의 경우에는 여러 주회위성이 지구의 주위를 돌고 있으므로 파라볼라 안테나와 같이 지향성이 강하고, 이득이 큰 안테나는 사용할 수가 없다. 도 1에 도시된 바와 같이, GPS 수신기에서 사용되는 안테나를 나타내었다. 이 안테나들은 접지면(Ground Plane)의 상측에 반원 형태의 지향성을 가지며, 위성으로부터 송신되는 우선 원편파를 수신하는 것이다. 측량용의 수신기에서는 직교 다이폴 안테나나 헬리컬 안테나, 선박용으로 헬리컬 안테나가 많이 사용되고 있다. 또한, 장애물을 꺼리는 항공기나 자동차에는 마이크로스트립 안테나가 사용된다.

즉, 도 1의 a)에 도시된 직교 다이폴 안테나는 2조의 다이폴 안테나를 결합하고, 한쪽의 위상을 90°어긋나게 하여 선원 편파에 대응한 것이다. 비교적 간단한 구조로 설계가 용이하다는 특징이 있지만, 그림에 나타낸 바와 같이 접지면(Ground Plane)을 설치하여 수평면 이하의 감도를 갖지 않도록 할 필요가 있다.

또한 도 1의 b)에 도시된 헬리컬 안테나는 도체를 코일 모양으로 감은 것으로, 4개의 도체가 꼬여 있는 것처럼 되어있는 직교 헬리컬 안테나도 있다. 이 타입의 안테나는 최적한 이득이 얻어지고 지향성도 양호하지만, 구조가 복잡하고 조정도 필요하다는 등의 결점이 있다.

상기의 마이크로스트립 안테나는 도 1의 c)에 도시된 바와 같이 도체로 절연체를 샌드위치한 구조이며, 프린트 기판과 같이 여기부를 쉽게 제조할 수 있는 특징이 있다. 이러한 마이크로스트립 안테나에 있어 정사각형(square) 패치는 이상적 원편파를 생성하는 가장 쉬운 방법은 인접한 두 변에 급전을 하는 것이고 이러한 급전에서 사용되는 회로를 하이브리드 회로라고 하며, 상기의 하이브리드는 4단자 소자이고 이를 구성하기 위해 네 개의 마이크로스트립선은 사각형으로 배열된다.

즉, 가장 널리 사용되는 정사각형 패치는 도 2의 a)에 도시된 바와 같이 통상 패치와 여기부의 면적비가 모두 18X18로 배열되는데, 이 경우 게인 특성을 향상되나, 원형 편파(CP: Circularly Polarized Wave) 특성을 저하된다. 이러한 원형 편파 특성을 향상시키기 위해 도 2의 b)에 도시된 바와 같이, 통상 패치와 여기부의 면적 비를 25X16로 배열되는데 이 경우 원형 편파 특성은 향상되나 게인 특성이 저하되는 문제점이 있었다. 여기서, 상기 패치와 여기부는 모두 평면으로 이루어지므로 면적비로 설명한다.

또한, 종래의 안테나는 장착 공간을 고려하여 단말기 본체 전체 사이즈를 크게 해야 하기 때문에 본체 내부에 실장하기가 불가능하며, 본체에 실장을 하더라도 수신 감도를 향상시키기 위한 타부품들로 인해 장치의 크기가 커지는 문제점이 있었으 며, 본체의 내장 실장 시 타 부품과의 간섭 때문에 지피에스 위성신호를 잘 수신하기 위해 위성과의 각도를 맞추기가 쉽지 않은 문제점이 발생하였다.

그에 더하여 외장형 안테나를 연결하기 위한 커넥터 및 절환스위치 등의 부가장치가 요구되는 관계로 원가상승을 초래하고 장치의 소형화를 가로막는 원인이 되기도 한다. 따라서, 사용자는 상기와 같은 이유로 종래의 본체의 휴대가 매우 불편하고, 제품을 다양하게 디자인하는데 제한적 요소로 발생되었다. 그에 더하여 본체는 지피에스 신호 뿐만 아니라 디엠비 신호를 수신하기 하는 추세에 맞추어 안테나의 크기가 커져 본체의 내부 실장이 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 패치와 여기부의 면적비를 상기 여기부의 유전율을 따라 설정하여 안테나의 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시켜 수신 감도를 향상시킬 수 있고, 수신 감도를 향상시키기 위한 불필요한 부품 및 제조 공정의 제거로 안테나의 경박 단소화가 가능하여 본체 내에 안테나를 실장할 수 있는 마이크로스트립 패치 안테나 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은,

급전부 및 패치의 하부에 설치되는 여기부와 구비하여 마이크로 스트립 패치 안테나 제조 방법에 있어서,

마이크로스트립 패치 안테나의 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시키기 위해 상기 여기부의 유전율에 따라 상기의 패치와 여기부의 면적 비를 설정하는 것 을 특징으로 하고,

여기서, 상기 여기부와 패치부의 면 적비가 25X16인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 여기부와 패치의 면적 비를 상기 여기부의 유전율에 따라 설계함으로써, 안테나의 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시킬 수 있고, 수신 감도를 향상시키기 위한 불필요한 부품 및 제조 공정 과정이 생략되므로 안테나의 경박 단소화가 가능하고, 따라서, 금형비 등의 비용 절감 효과 및 디엠비 및 지피에스 겸용 수신 장치 내에 내장이 가능하다.

이하에서 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 제조 과정을 순차적으로 도시한 설명도이고, 도 4는 도 3에 도시된 마이크로스트립 패치 안테나를 보인 단면도이며, 도 5는 내지 도 7 는 도 3에 마이크로스트립 패치 안테나의 원형 편파 특성을 보인 도들이다.

도 3 및 도 4에서 알 수 있는 것과 같이, 유기부(11), 상기 유기부(11)의 상부 표면 상에 제작되어 외부 전자기 에너지를 공급받는 급전부(13)와, 상기 급전부(13)를 통해 급전된 상기 전자기 에너지에 의해 여기(excitation, 勵起)되어 상기 유기부(11)의 일측 및 타측 방향으로 전자기파를 원형으로 방사하는 패치(15)로 구비된다.

바람직하게는, 상기 유기부(11)의 상부 표면 상에서 상기 급전부(13) 및 상기 패치(15)를 연결하는 형태로 제작된다.

상기의 급전부(13) 및 패치(15)는 상기 유기부(11)의 상부 표면 상에 적층된 단일 금속막을 패터닝(patterning)하여 제작될 수 있다.

한편, 상기 급전부(13)는, 상기 유기부(11) 상부 표면 상에 제작되어, 상기 전자기에너지를 공급받는 신호단자, 및, 상기 유기부(11)의 상부 표면 상에서 상기 신호 단자를 기준으로 양측에 배치된다.

상기 패치(15)와 유기부(11)의 면적 비는 상기 유기부(11)의 유전율에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 지피에스 수신 장치의 경우 25X16으로 설계됨이 바람직하다. 여기서, 상기 패치(15)와 유기부(11)의 면적 비가 25X16으로 설계됨은 다수회의 실험을 통해 얻어진 결과치로서, 안테나의 게인 특성 및 원형 편파 특성을 상승시킬 수 있는 최적 값으로 구비된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 지피에스 수신 장치에 있어, 상기의 급전부(11)는 외부 단자와 연결되어 전자기 에너지를 공급받아, 후단으로 전달하는 급전(給電) 작용을 한다. 이를 위해, 급전부(11)는 미도시된 신호단자 및 그라운드 단자를 포함한다.

한편, 상기의 패치(15)에서 방사되는 전자기파에 의해 생성되는 전기장의 극성에 따라 유기부(11)에서 발생되는 전기장은 원형 방사 패턴으로 형성된다. 원형 방사 패턴의 원형 편파는 파가 진행하는 우선회 원형편파 (RHCP : Right- Hand Circularly Polarized Wave)와 왼쪽으로 회전하면서 진행하는 좌선회 원형편파(LHCP : Left-Hand Circularly Polarized Wave)로 구분할 수 있다. 우선회 원형편파는 전파의 진행형 방향을 따라 봤을때 전계 벡터의 순시 값이 원형 괘적을 그리며 시계 방향으로 회전하는 경우를 말한다. 이때 상기 유기부(11)에서 발생되는 원 형 편파는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같다. 즉, 도 5에 도시된 자기장의 형태는 우선회 단일 급전 원형 편파(RHCP) 특성을 보인 도이고, 도 6은 좌선회 단일 급전 원형 편파(LHCP) 특성을 보인 도이며, 도 7은 VH-SUM(vertical and horizontal summationg) 특성을 보인 도이다.

즉, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 18X18의 패치(15)와 유기부(11)의 면적 비를 가지는 안테나에서 발생되는 기존의 원형 편파 궤적에 비해 25X16의 패치(15) 및 유기부(11)의 면적 비를 가지는 안테나에서 원형 편파의 궤적이 원형에 가깝게 보정되고, 게인 특성 역시 향상됨을 알 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 지피에스 수신 장치를 일예로 설명하였으나, GPS, SDMB, TDMB, WLAN, WIFI, WIBRO, ZIGBEE 등을 기반으로 하는 통신망에서 적용 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로스트립 패치 안테나 제조 방법은, 패치와 유기부의 면적 비를 유기부의 유전율에 따라 설정하여 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시킬 수 있고, 수신 감도를 향상시키기 위한 불필요한 부품 및 공정이 제거되므로 안테나의 경박 단소화가 가능하고, 따라서, 금형비 등의 비용 절감 효과 및 장치 내에 내장이 가능한 효과를 얻는다.

이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

급전부의 하부에 설치되는 패치 및 여기부와 구비하여 마이크로 스트립 패치 안테나 제조 방법에 있어서,

마이크로스트립 패치 안테나의 게인 특성 및 원형 편파 특성을 동시에 향상시키기 위해 상기 여기부의 유전율에 따라 상기의 패치와 여기부의 면적 비를 설정하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 패치 안테나 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 여기부와 패치부의 면적비가 25X16인 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 패치 안테나 제조 방법.