KR20110017986A - Triple-band antenna - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A triple band antenna is provided to reduce the size of a circuit by serially or parallel connecting a passive element or active element without a via hole. CONSTITUTION: A triple band antenna is comprised of a dielectric substrate, a vertical bar patch, a matching stub, a first stub, a second stub, a CPW feeder, and a ground. The vertical bar patch is separated with a preset space on the center of the dielectric substrate to be symmetrically formed. The matching stub connects the lower sides of the separated patch. A T-shaped first stub enters between the separated patches and is connected to the matching stub. The second stub is interposed between the patch and the first stub and is connected to the matching stub. The CPW feeder is connected to the center of the matching stub and supplies currents. The ground facilitates the impedance matching on both sides of the CPW feeder.

Description

삼중대역 안테나 {TRIPLE-BAND ANTENNA}Triple Band Antenna {TRIPLE-BAND ANTENNA}

본 발명은 UWB(Ultra-Wide Band), PCS, WLAN 주파수 대역에서 사용 가능한 삼중대역 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a triple-band antenna usable in the ultra-wide band (UWB), PCS, WLAN frequency band.

PCS는 2.5세대 이동통신이라 불리며 1.8GHz 대역의 주파수를 이용한다. 제2세대의 디지털 이동통신보다 빠른 14.4Kbps의 전송속도로 데이터를 전달하므로 기존의 이동통신 시스템에서는 할 수 없던 문자서비스와 화상서비스 등 다양한 부가 서비스를 제공한다.PCS is called 2.5G mobile communication and uses a frequency of 1.8GHz band. Since data is transmitted at a transmission speed of 14.4 Kbps faster than the digital mobile communication of the second generation, it provides various additional services such as a text service and a video service that are not possible in the conventional mobile communication system.

WLAN은 무선접속장치(AP)가 설치된 곳을 중심으로 일정 거리 이내에서 PDA또는 노트북 컴퓨터를 통해 초고속 인터넷을 이용할 수 있다. 가정에 가장 많이 보급된 기술로서 별도의 연결이 없이도 넓은 통달거리를 바탕으로 고속의 데이터를 주고 받을 수 있는 기술이다. WLANs can use high-speed Internet through PDAs or notebook computers within a certain distance from where wireless access devices (APs) are installed. It is the most widely used technology in the home, and it is a technology that can send and receive high-speed data based on wide communication distance without a separate connection.

UWB 통신은 디지털 정보 신호를 1ns이하의 짧은 펄스 신호를 사용하여 중 심주파수에 대해 20%이상의 점유 대역폭을 차지하는 통신을 말한다. UWB 통신은 1Gbyte이상 초고속 통신이 가능하며, 3.1GHz~10.6GHz 사이의 초광대역을 가진다. UWB communication refers to a communication that occupies more than 20% of the bandwidth of the center frequency by using a short pulse signal of less than 1ns as a digital information signal. UWB communication is capable of high speed communication of more than 1Gbyte and has an ultra wide band between 3.1GHz and 10.6GHz.

또한, 낮은 송신전력을 사용함으로써 배터리가 기존 무선 통신 방식보다 수 십 배 이상 오래 사용할 수 있고, 중간 주파수단을 사용하지 않아 송수신 장치도 소형화 할 수 있다.In addition, by using a low transmission power, the battery can be used for several decades longer than the conventional wireless communication method, and the transceiver can also be miniaturized by not using the intermediate frequency stage.

그러나, 상기와 같이, PCS, WLAN, 및 UWB 주파수 대역을 만족하는 하나의 안테나를 형성하기 위해서는 안테나의 부피가 커지는 단점이 있다. However, as described above, in order to form one antenna that satisfies the PCS, WLAN, and UWB frequency bands, there is a disadvantage in that the volume of the antenna is increased.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 PCS, WLAN, 및 UWB에 각각 독립적으로 주파수 대역을 조절할 수 있는 삼중 대역 안테나를 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem to be solved by the present invention is to provide a three-band antenna that can adjust the frequency band independently for PCS, WLAN, and UWB.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 삼중 대역 안테나를 구현하되 초소형 및 경량화하는 것이다.In addition, the technical problem to be solved by the present invention is to implement a triple-band antenna, but to be very small and lightweight.

또한, Via-Hole을 사용하지 않고 수동소자나 능동소자의 직렬 및 병렬 부착이 용이하여 회로를 소형화하는 것이다.In addition, the circuit can be miniaturized by easily attaching the passive element or the active element in series and parallel without using Via-Hole.

본 발명의 한 특징에 따른 삼중 대역 안테나는 유전체 기판과; 상기 유전체 기판 중앙에 일정간격 이격하여 대칭으로 형성한 수직 바(Bar) 형상인 패치와; 상기 이격된 패치의 하단을 서로 연결하는 정합용 스터브와; 상기 이격된 패치 사이로 진입하여 상기 정합용 스터브와 연결하는 T자 형상의 제1 스터브와; 상기 패치와 제1 스터브 사이에 진입하여 정합용 스터브와 연결하는 ㄱ자 형상 및 역 ㄱ자 형상인 제2 스터브와; 상기 정합용 스터브 중앙과 연결하여 전류를 공급하는 CPW 급전선; 및 상기 CPW 급전선을 양쪽으로 임피던스 정합을 용이하도록 하는 접지면;으로 구성하는 것을 특징으로 한다.A triple band antenna according to an aspect of the present invention includes a dielectric substrate; A patch having a vertical bar shape symmetrically spaced at a predetermined distance from the center of the dielectric substrate; A matching stub for connecting the lower ends of the spaced patches to each other; A first stub having a T-shape that enters between the spaced patches and connects with the matching stub; A second stub that is formed between the patch and the first stub to connect with a matching stub and an inverted L shape; A CPW feeder connected to the center of the matching stub to supply current; And a ground plane that facilitates impedance matching to both sides of the CPW feed line.

상기 특징에 따른 삼중 대역 안테나는 상기 패치는 다각형 또는 원형 형상인 것을 특징으로 한다.The triple band antenna according to the above feature is characterized in that the patch has a polygonal or circular shape.

상기 특징에 따른 삼중 대역 안테나는 상기 제1 스터브 및 제2 스터브의 길 이 또는 두께를 가변하는 것을 특징으로 한다.The triple band antenna according to the above feature may vary the length or thickness of the first stub and the second stub.

상기 특징에 따른 삼중 대역 안테나는 상기 제1 스터브 및 제2 스터브는 I자, 역U자, 역V자 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 한다.In the triple band antenna according to the above feature, the first stub and the second stub may be formed of any one of an I, an inverted U, and an inverted V.

이러한 본 발명의 특징에 따르면, According to this aspect of the present invention,

본 발명은 Lower UWB 통신시스템이 요구하는 주파수 대역폭(3.1GHz 내지 5.2GHz)과 PCS주파수 대역폭(1.75GHz 내지 1.87GHz), WLAN 주파수 대역폭(2.45GHz)을 동시에 만족하는 효과가 있다. The present invention has the effect of simultaneously satisfying the frequency bandwidth (3.1 GHz to 5.2 GHz), PCS frequency bandwidth (1.75 GHz to 1.87 GHz), WLAN frequency bandwidth (2.45 GHz) required by the lower UWB communication system.

또한, 본 발명은 UWB 주파수 대역폭과 PCS 및 WLAN 주파수 대역폭을 만족하기 위해 구비되는 세 개의 안테나를 소형화 및 경량화하는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of miniaturizing and reducing the weight of the three antennas provided to satisfy the UWB frequency bandwidth and PCS and WLAN frequency bandwidth.

또한, 본 발명은 밀리미터 웨이브(millimeter wave)등의 영역에서 Via에 의한 기생효과를 줄이는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of reducing the parasitic effect of the Via in the region of the millimeter wave (millimeter wave).

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 삼중대역 안테나를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a triple band antenna according to the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 삼중 대역 안테나는 유전체기판(200), 패치(210), 정합용 스터브(220), 제1 스터브(230), 제2 스터브(240), CPW 급전선(250), 및 접지면(260)으로 구성한다. As shown in FIG. 1, the triple band antenna according to the present invention includes a dielectric substrate 200, a patch 210, a matching stub 220, a first stub 230, a second stub 240, and a CPW feed line. 250 and the ground plane 260.

유전체 기판(200)은 두께가 1.6mm인 FR4 기판을 사용하며, 유전율은 4.4이며, loss tangent는 0.025이다. The dielectric substrate 200 uses a FR4 substrate having a thickness of 1.6 mm, has a dielectric constant of 4.4 and a loss tangent of 0.025.

본 발명에 따른 실시예의 유전체 기판(200)은 40*30mm2의 크기를 사용하였으나 크기를 한정하지 아니하며, 당업자라면 유전체 기판(200)의 크기에 따라 같은 효과를 얻는 구성을 매치할 수 있다. The dielectric substrate 200 according to the embodiment of the present invention uses a size of 40 * 30 mm 2 but is not limited in size, and those skilled in the art may match a configuration obtaining the same effect according to the size of the dielectric substrate 200.

또한, 유전체기판(110)은 후면에 접지가 없는 CPW 급전구조로 이루어져 있다.In addition, the dielectric substrate 110 is composed of a CPW feeding structure without a ground on the back.

패치(210)는 상기 유전체 기판(200) 중앙에 일정간격 이격하여 대칭으로 형성한 수직 바(Bar)형상이다. 또한, 패치(210)는 다각형 또는 원형 형상으로 형성할 수 있다. The patch 210 is a vertical bar shape which is symmetrically formed at regular intervals in the center of the dielectric substrate 200. In addition, the patch 210 may be formed in a polygonal or circular shape.

상기와 같이 이격된 패치를 형성함으로써, UWB low-band를 만족하는 안테나를 형성한다. By forming the patches spaced as described above, to form an antenna that satisfies the UWB low-band.

정합용 스터브(220)은 상기 서로 이격된 패치(210)의 하단을 서로 연결하고, 패치(210)과 CPW 급전선(250)간의 임피던스 정합을 수행한다. 이때, 정합용 스터브는 역계단 모양으로 형성한다. The matching stub 220 connects the lower ends of the patches 210 spaced apart from each other, and performs impedance matching between the patch 210 and the CPW feed line 250. At this time, the matching stub is formed in a reverse staircase shape.

제1 스터브(230)는 상기 이격된 패치(210) 사이로 진입하여 상기 정합용 스터브(220)와 연결하는 T자 형상으로 형성한다. 또한, 제1 스터브(230)은 I자, 역U자, 역V자 중 어느 하나로 형성한다. The first stub 230 enters between the spaced patches 210 and is formed in a T shape to connect with the matching stub 220. In addition, the first stub 230 is formed of any one of I, inverted U, and inverted V.

제2 스터브(240)는 상기 패치(210)와 제1 스터브(230) 사이에 진입하여 정합용 스터브(220)와 연결하는 ㄱ자 형상 및 역 ㄱ자 형상으로 형성한다. 또한, 제2 스터브(240)은 I자, 역U자, 역V자 중 어느 하나로 형성한다. The second stub 240 enters between the patch 210 and the first stub 230 and is formed in an L-shape and an inverted-L shape to connect with the matching stub 220. In addition, the second stub 240 is formed of any one of I, inverted U, and inverted V.

상기 제1 스터브(230) 및 제2 스터브(240)의 길이 또는 두께를 가변하며, 가변에 따라 주파수대역을 변화한다.The length or thickness of the first stub 230 and the second stub 240 is variable, and the frequency band is changed according to the variable.

따라서 상기와 같이 제1 스터브 및 제2 스터브를 형성함으로써, CPS 및 WLAN을 만족 하는 안테나를 형성할 수 있다. Therefore, by forming the first stub and the second stub as described above, it is possible to form an antenna that satisfies the CPS and WLAN.

CPW 급전선(250)은 상기 정합용 스터브(220) 중앙과 연결하여 전류를 공급한다. CPW feeder 250 is connected to the center of the matching stub 220 and supplies a current.

접지면(260)은 상기 CPW 급전선(250)을 양쪽으로 임피던스 정합을 용이하도록 한다.The ground plane 260 facilitates impedance matching of the CPW feed line 250 to both sides.

도 2는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 VSWR 특성을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the VSWR characteristics of the triple band antenna according to the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 삼중 대역 안테나의 VSWR은 2:1지점인 -10dB이하인 지점에서 원하는 PCS 주파수 대역, WLAN 주파수 대역, 및 UWB 주파수 대역에서의 대역폭을 갖는 특성을 나타낸다.As shown in FIG. 2, the VSWR of the triple band antenna according to the embodiment of the present invention has a characteristic having a bandwidth in a desired PCS frequency band, a WLAN frequency band, and a UWB frequency band at a point less than -10 dB, which is a 2: 1 point. Indicates.

도 3은 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 Wu1값의 변화에 따른 반사손실을 나타낸 도면이다. 도 3는 도1에 도시한 삼중 대역 안테나의 제1 스터브(230) 길이 변화에 따른 반사손실로써, Wu1값의 변화에 따라 크게 변화되지는 않지만, Wu1의 길이가 짧아질수록 높은 주파수 대역으로 이동하는 것을 알 수 있다. 3 is a diagram showing the return loss according to the change of the Wu1 value of the triple band antenna according to the present invention. 3 is a reflection loss according to a change in the length of the first stub 230 of the triple band antenna shown in FIG. 1 and does not change significantly according to the change of the Wu1 value, but moves to a higher frequency band as the length of the Wu1 becomes shorter. I can see that.

반대로, Wu1의 길이를 늘리면 주파수 대역이 낮은 주파수 대역으로 이동하는 것을 알 수 있어 주파수 대역을 조절하고자 할 때, Wu1길이의 조절로 용이하게 주파수 대역을 변화 할 수 있다. On the contrary, if the length of Wu1 is increased, it can be seen that the frequency band moves to a lower frequency band. When adjusting the frequency band, the frequency band can be easily changed by adjusting the length of Wu1.

또한, 상기 Wu1는 T자형상의 제1 스터브에서 상단의 ‘ㅡ’의 길이에 해당한다. In addition, the Wu1 corresponds to the length of 'ㅡ' of the upper end in the T-shaped first stub.

도 4는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 Wu2값의 변화에 따른 반사손실을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram showing the return loss according to the change of the Wu2 value of the triple band antenna according to the present invention.

도 4 역시 도1에 도시한 삼중 대역 안테나의 제2 스터브(240)의 길이 변화에 따른 반사손실로써, 도 3와 마찬가지로 WL2의 길이를 줄이면 높은 주파수 대역으로 이동하고, FIG. 4 is also a reflection loss according to the change of the length of the second stub 240 of the triple band antenna shown in FIG. 1, and as in FIG.

반대로 WL2의 길이를 늘리면 주파수 대역이 낮은 주파 대역으로 이동하는 것을 알 수 있어 주파수 대역을 조절하고자 할 때, WL2길이의 조절로 용이하게 주파수 대역을 변화 할 수 있다.On the contrary, if the length of WL2 is increased, it can be seen that the frequency band moves to a lower frequency band. When adjusting the frequency band, the frequency band can be easily changed by adjusting the length of WL2.

도 5 내지 도9는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다. 5 to 9 illustrate radiation patterns of the triple band antenna according to the present invention.

도 5 내지 고 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 삼중 대역 안테나의 복사패턴은 1.83GHz, 2.45GHz, 3GHz, 4GHz, 및 5GHz의 각각 다른 방사패턴에 따라 다소 차이는 있으나, H-Plane(XZ-plane)에서는 거의 무지향성(omni-directional)특성을 가지고 E-plane(YZ-plane)에서는 다이폴 안테나의 패턴과 유사함을 그래프를 통해 확인 할 수 있다.5 to 9, the radiation pattern of the tri-band antenna according to an embodiment of the present invention is slightly different depending on different radiation patterns of 1.83 GHz, 2.45 GHz, 3 GHz, 4 GHz, and 5 GHz, but H In the plane (XZ-plane), it is almost omni-directional, and in E-plane (YZ-plane), it is similar to the pattern of dipole antenna.

도 10은 본 발명에 따른 이중대역 안테나의 Gain[dBi]를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing Gain [dBi] of the dual band antenna according to the present invention.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 삼중 대역 안테나의 이득은 관심 대역에서 이득의 변화량이 UWB 안테나와 비교하여 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 10, it can be seen that the gain of the triple band antenna according to the exemplary embodiment of the present invention has an excellent characteristic compared with the UWB antenna in the amount of change in gain in the band of interest.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims to be described later.

도 1은 본 발명에 따른 삼중대역 안테나를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a triple band antenna according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 VSWR 특성을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the VSWR characteristics of the triple band antenna according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 Wu1값의 변화에 따른 반사손실을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the return loss according to the change of the Wu1 value of the triple band antenna according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 Wu2값의 변화에 따른 반사손실을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram showing the return loss according to the change of the Wu2 value of the triple band antenna according to the present invention.

도 5 내지 도9는 본 발명에 따른 삼중대역 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다. 5 to 9 illustrate radiation patterns of the triple band antenna according to the present invention.

도 10은 본 발명에 따른 이중대역 안테나의 Gain[dBi]를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing Gain [dBi] of the dual band antenna according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

200 : 유전체 기판 210 : 패치200: dielectric substrate 210: patch

220 : 정합용 스터브 230 : 제1 스터브220: matching stub 230: first stub

240 : 제2 스터브 250 : CPW급전선240: second stub 250: CPW feeder

260 : 접지면260: ground plane

Claims (4)

유전체 기판과;A dielectric substrate; 상기 유전체 기판 중앙에 일정간격 이격하여 대칭으로 형성한 수직 바(Bar) 형상인 패치와;A patch having a vertical bar shape symmetrically spaced at a predetermined distance from the center of the dielectric substrate; 상기 이격된 패치의 하단을 서로 연결하는 정합용 스터브와;A matching stub for connecting the lower ends of the spaced patches to each other; 상기 이격된 패치 사이로 진입하여 상기 정합용 스터브와 연결하는 T자 형상의 제1 스터브와;A first stub having a T-shape that enters between the spaced patches and connects with the matching stub; 상기 패치와 제1 스터브 사이에 진입하여 정합용 스터브와 연결하는 ㄱ자 형상 및 역 ㄱ자 형상인 제2 스터브와;A second stub that is formed between the patch and the first stub to connect with a matching stub and an inverted L shape; 상기 정합용 스터브 중앙과 연결하여 전류를 공급하는 CPW 급전선; 및A CPW feeder connected to the center of the matching stub to supply current; And 상기 CPW 급전선을 양쪽으로 임피던스 정합을 용이하도록 하는 접지면;으로 구성하는 것을 특징으로 하는 삼중 대역 안테나.And a ground plane for facilitating impedance matching to both sides of the CPW feed line. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 패치는 다각형 또는 원형 형상인 것을 특징으로 하는 삼중 대역 안테나.The patch is a tri-band antenna, characterized in that the polygonal or circular shape. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 스터브 및 제2 스터브의 길이 또는 두께를 가변하는 것을 특징으로 하는 삼중 대역 안테나. Triple band antenna, characterized in that the length or thickness of the first stub and the second stub is variable. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 스터브 및 제2 스터브는 I자, 역U자, 역V자 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 삼중 대역 안테나.The first stub and the second stub is a three-band antenna, characterized in that formed by any one of the I-shaped, inverted U-shaped, inverted V-shaped.
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