KR20090093195A - 두 개의 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로서, 두 개의 슬롯을 포함하는 다중 대역 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.

본 발명에 마이크로스트립 안테나는 제1 홀을 구비하는 도체판과, 서로 다른 크기를 갖는 두 개의 슬롯이 삽입된 마이크로스트립 패치를 구비하며, 도체판 상부에 위치하는 기판을 포함한다.

Description

두 개의 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나{Micro strip antenna comprised of two Slots}

본 발명은 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로서, 두 개의 슬롯을 포함하는 다중 대역 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-020-02, 과제명: 고속 이동체 인터넷 위성 무선 연동 기술개발].

유선이 필요 없는 Wireless Local Area Network(WLAN)은 무선접속장치가 설치된 곳을 중심으로 일정 거리 이내에서 PDA나 노트북 컴퓨터를 통해 초고속 인터넷 이용을 가능하게 하는 기술이다. 즉, 유선망에 구속됨이 없이 기존 유선 LAN의 모든 이점과 기능을 그대로 제공한다. 2.4 GHz 대역의 802.11b 기반의 WLAN 서비스는 전송속도, 보안 및 향후 휴대인터넷 서비스와의 연계 등의 측면에서 취약점으로 가지고 있다는 평가를 받아왔다. 반면 IEEE 802.11a 표준을 사용하는 5 GHz 대역은 보다 신속한 데이터 전송으로 최근 많은 관심을 받고 있다. 따라서 두 대역을 모두 포함할 수 있는 안테나의 필요성이 대두 되었다.

하지만 이러한 서비스는 기존 지상망이 잘 갖추어진 도심 지역에서는 이용에 큰 문제가 없지만, 제한된 서비스 영역인 산간·도서 벽지나, 고속이동열차, 항공기, 해상 선박 등의 경우 서비스 제공에 한계를 가진다. 이에, 위성을 이용하여 넓은 영역에서 효과적인 서비스를 제공하려는 연구가 활발히 진행 중이다. 그러나, 위성을 통한 서비스도 고속의 이동체가 터널과 같이 위성신호가 직접 도달하지 않는 음영지역을 통과 할 경우 서비스가 중단되는 문제가 있다. 터널은 대표적인 음영지역으로서, 안정된 서비스 이용을 하기 위해서는 고속 이동체가 터널을 통과할 때의 무선 환경에서 최적의 성능을 가지는 신호중계장치용 안테나의 개발이 필수적이다.

위성인터넷 서비스를 위한 중계기 용도로 사용되는 이중 대역 마이크로스트립 안테나는 802.11a 및 802.11b 대역인 2.4 GHz∼2.483 GHz 대역과, 5.725 GHz∼5.825 GHz 대역을 수용하여야 하며, 동작 대역에서 수직편파특성 및 유사한 모양의 복사패턴이 요구된다.

일반적으로, 마이크로스트립안테나는 협대역 특성을 가지므로 대역폭을 개선시키는 방법이 많이 제시되었다. 또한, 두께가 두꺼운 유전체를 사용하는 방법, 적층 구조를 이용하는 방법, 기생소자를 이용하는 방법들이 있다. 그러나, 이러한 방법들은 안테나의 전체크기가 커지는 문제점이 있다.

마이크로스트립패치 위에 U 형태의 슬롯을 삽입한 안테나는 기존의 마이크로스트립 안테나에 비해 넓은 대역폭을 가진다. 이는 패치에 의한 공진 주파수 근처에 U 형태의 슬롯에 의한 추가적인 공진을 유도하는 방법으로 단일 소자만으로 광대역 안테나의 설계가 가능하다. 그러나, 높은 쪽 공진 주파수가 낮은 쪽 공진주파수의 2배 이상이 되면 복사 패턴의 변형이 생긴다. 따라서, 이중 대역을 수용하면서도 안테나의 크기 및 동일한 복사 패턴을 만족시킬 수 있는 안테나가 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 두 개의 슬롯을 포함함으로써, 다중 대역에서 유사한 모양의 복사패턴과 수직편파 특성을 갖는 마이크로스트립 안테나를 제공하고자 하는 것이다.

상기 해결 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나는 제1 홀을 구비하는 도체판과, 서로 다른 크기를 갖는 두 개의 슬롯이 삽입된 마이크로스트립 패치를 구비하며, 상기 도체판 상부에 위치하는 기판을 포함한다.

본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나는 두 개의 슬롯을 포함함으로써, 이중 대역을 수용할 수 있으며, 이중 대역에서 유사한 모양의 복사패턴과 수직편파 특성을 갖는다. 또한, 마이크로스트립 안테나는 슬롯들의 길이, 폭 및 위치를 변화시킴으로써, 유도하고자 하는 공진 주파수를 독립적으로 조절할 수 있다. 뿐만 아니라, 마이크로스트립 안테나는 단일 소자만으로 구성됨으로써 생산 비용을 절감할 수 있으며, 소형화 및 경량화를 가능하게 함에 따라 신호중계기에 탑재가 용이하다.

도 1은 본 발명에 따른 두 개의 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나를 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 두 개의 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나의 주파수에 따른 반사손실 특성을 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 두 개 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나의 2.44 GHz 복사 특성을 나타내는 도면이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 두 개 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나의 5.69 GHz 복사 특성을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 두 개의 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 두 개의 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 마이크로스트립 안테나(100)는 도체판(110), 기판(120) 및 동축 선로(150)를 포함한다.

도체판(110)은 제1 홀(111)을 구비하고, 접지 역할을 한다.

기판(120)는 도체판(110) 상에 위치하고, 약 3.38의 비유전율(ε _r ) 및 약 0.508 mm의 두께를 갖는다. 도체판(110)과 기판(120) 사이에는 일정 간격이 존재함으로써, 공기층이 형성되어 있다. 이러한 기판(120)는 상면에 마이크로스트립 패치(130) 및 마이크로스트립 패치(130)에 삽입된 다수의 슬롯을 포함한다.

마이크로스트립 패치(130)는 제2 홀(131)을 구비하고, 크기는 50 × 47 mm 일 수 있다.

다수의 슬롯은 두 개의 제1 및 제2 와이 형태 슬롯(132, 133)일 수 있다. 제1 와이 형태 슬롯(132)및 제2 와이 형태 슬롯(133)은 역방향으로 대향하여 위치한다. 제1 및 제2 와이 형태 슬롯(132, 133)은 유도하는 공진 주파수에 따라, 슬롯의 길이, 폭 및 위치가 변화될 수 있다. 이때, 슬롯을 각각 변화시킴으로써, 서로 영향을 주지 않고, 유도하고자 하는 공진 주파수를 조절할 수 있다.

여기서, 제1 와이 형태 슬롯(132)은 낮은 쪽 공진주파수를 유도하고, 제2 와이 형태 슬롯(133)은 높은 쪽 공진주파수를 유도한다. 이에 따라, 제1 와이 형태 슬롯(132)은 제2 와이 형태 슬롯(133) 보다 크다. 예를 들어, 제1 와이 형태 슬롯(132)의 가로(a)와 세로 길이(b)는 각각 46 mm와 38 mm 이며, 폭은 3.5 mm 일 수 있다. 또한, 제2 와이 형태 슬롯(133)의 가로(c)와 세로 길이(d)는 각각 23.5 mm 와 14 mm 이며, 폭은 5.5 mm 일 수 있다.

동축 선로(150)는 외부도체(151)와 내부도체(152)를 포함한다. 동축 선로(150)는 도체판(110)의 제1 홀(111)과 기판(120)의 제2 홀(131)을 관통하고, 마이크로스트립 패치(130)와 접촉하여 위치함으로써, 급전하는 역할을 한다. 구체적으로, 동축 선로(150)의 하부는 외부도체(151) 및 내부도체(152)를 포함하고, 상부는 내부도체(152)로 형성되어 있다. 즉, 동축 선로(150)의 외부도체(151) 및 내부도체(152)는 도체판(110) 위치까지 형성되어 있으며, 동축 선로(150)의 내부도체(152)는 도체판(110)과 마이크로스트립 패치(130) 사이에 노출되어 위치한다. 여기서, 내부도체(152)의 지름은 1.6 mm 일 수 있으며, 노출된 내부도체(152)의 높이는 약 6.5 mm 일 수 있다. 이러한 내부도체(152)는 마이크로스트립 패치(130) 위의 끝 부분에서부터 24.5 mm 인 곳에 위치할 수 있다. 따라서, 도체판(110)에 구비된 제1 홀(111)은 동축 선로(150)의 외부도체(151)의 크기 즉, 외부도체(151)의 둘레에 대응하고, 마이크로스트립 패치(130)에 구비된 제2 홀(131)은 동축 선로(150)의 내부도체(152)의 크기 즉, 내부도체(152)의 둘레에 대응한다.

마이크로스트립 안테나는 동축 선로를 통해 신호를 공급하면, 패치에 유도된 전류에 의해 공간으로 복사가 발생하여 안테나의 역할을 수행하게 된다.

상술한 마이크로스트립 안테나는 제1 및 제2 와이 형태 슬롯을 포함함으로써, 이중 대역에서 동작할 수 있다. 또한, 마이크로스트립 안테나는 각 와이 형태 슬롯을 변화시킴으로써, 공진 주파수 대역을 독립적으로 조절할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 두 개의 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나의 주파수에 따른 반사손실 특성을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 마이크로스트립 안테나의 반사손실은 2.389~2.504 GHz 및 5.489~5.928 GHz 에서 각각 약 32 dB, 40 dB 로써, 다른 주파수 대역에서의 반사손실에 비해 현저히 높음을 알 수 있다. 따라서, 마이크로스트립 안테나의 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)는 2보다 작은 특성을 나타낸다. 작다. 이는 마이크로스트립 안테나가 2.389~2.504 GHz 및 5.489~5.928 GHz 의 이중 대역에서 모두 동작할 수 있음을 의미한다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 두 개의 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나의 2.44 GHz 복사 특성을 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 안테나가 동작하는 낮은 쪽 중심주파수인 2.43 GHz에서, x-z 평면과 y-z 평면의 복사패턴을 알 수 있으며, 9.77 dBi의 이득을 갖는다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 두 개 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 안테나의 5.69 GHz 복사 특성을 나타내는 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 안테나가 동작하는 높은 쪽 중심주파수인 5.69 GHz에서 x-z 평면과 y-z 평면의 복사패턴을 알 수 있으며, 7.76dBi의 이득을 갖는다.

이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나는 패치에 두 개의 서로 다른 크기의 슬롯을 삽입함으로써 802.11a와 802.11b 대역을 모두 수용하고, 7 dBi 이상의 이득과, 유사한 모양의 복사 패턴을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나는 WLAN용 안테나와 위성인터넷 서비스를 위한 신호중계장치용 안테나로 활용이 가능하며, 나아가서는 기지국, 위성 이동통신 관련기술, 군사용 이동통신 기술 분야에 응용될 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나는 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (9)

1. 제1 홀을 구비하는 도체판; 및

   서로 다른 크기를 갖는 두 개의 슬롯이 삽입된 마이크로스트립 패치를 구비하며, 상기 도체판 상부에 위치하는 기판을 포함하는 마이크로스트립 안테나.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 슬롯은 유도하는 공진 주파수에 따라 상기 슬롯의 길이, 폭 및 위치가 변화되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 두 개의 슬롯은 제1 와이 형태 슬롯 및 제2 와이 형태 슬롯이고,

   상기 제1 와이 형태 슬롯은 상기 제2 와이 형태 슬롯과 역방향으로 대향하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
4. 제3 항에 있어서,

   상기 제1 와이 형태 슬롯은 상기 제2 와이 형태 슬롯보다 큰 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
5. 제3 항에 있어서,

   상기 제1 와이 형태 슬롯은 낮은 쪽 공진주파수를 유도하고, 상기 제2 와이 형태 슬롯은 높은 쪽 공진주파수를 유도하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 기판은 제2 홀을 구비하고,

   상기 제1 및 제2 홀을 관통하여 상기 마이크로스트립 패치와 접촉하는 동축 선로를 더 포함하는 마이크로스트립 안테나.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 제1 홀의 크기는 상기 동축 선로의 외부도체 둘레에 대응되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
8. 제6 항에 있어서,

   상기 제2 홀의 크기는 상기 동축 선로의 내부도체 둘레에 대응되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 기판의 비유전율은 3 ~ 4이고, 상기 기판의 두께는 0.5 ~ 0.6 mm 인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.