KR20150142189A - 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나 - Google Patents

초광대역 테이퍼 슬롯 안테나 Download PDF

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한국전자통신연구원
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Abstract

이중 저지 대역에서 안테나의 복사 방향에 무관한(spatial independent) 대역 저지 특성을 제공할 수 있는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나를 제시한다. 제시된 안테나는 기판의 일면에 형성되어 전파 신호를 방사하는 복사부, 기판의 타면에 형성되어 복사부에 전파 신호를 공급하는 급전부, 급전부의 근처에 급전부와는 이격되게 형성되고 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 1 저지 대역의 주파수를 차단하는 이격 스터브, 및 급전부의 일측 끝부에 형성된 스터브에 형성되고 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 2 저지 대역의 주파수를 차단하는 슬롯을 포함한다.

Description

초광대역 테이퍼 슬롯 안테나{Ultra-wideband tapered slot antenna}
본 발명은 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안테나 급전 선로에 C형상의 스터브 및 스파이럴 슬롯을 형성하여 이중 대역(예: 3.5/5.5 GHz)에서 대역 저지 특성을 구현한 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나에 관한 것이다.
UWB 시스템은 저전력, 저비용, 고속 데이터 전송 등의 장점으로 인해 무선 홈 네트워크 등과 같은 차세대 개인 영역 무선 통신(Wireless Personal Area Network; WPAN)과 근거리 레이더 시스템 분야에 널리 적용될 것으로 예상된다.
그러나, UWB 시스템에 할당된 주파수 대역은 3.1~10.6 GHz 로서, 3.3~3.7 GHz 대역에서 운용되고 있는 IEEE 802.16 용 와이맥스(World interoperability for Microwave Access; WiMAX) 주파수 대역 및 5.15~5.825 GHz 대역에서 운용되고 있는 IEEE 802.11a 용 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN) 주파수 대역과 중첩된다. 따라서 UWB 시스템과 3.5 GHz 와이맥스 및 5.5 GHz 무선랜 시스템 사이의 전자파 간섭(ElectroMagnetic Interference; EMI) 문제를 해결하기 위해서는 이중 대역 저지 기능을 갖는 UWB 안테나가 필요하다.
UWB 시스템용 안테나로는 테이퍼 슬롯(tapered slot) 안테나, 보우타이(bow-tie) 안테나, 디스콘(discone) 안테나, 모노폴(monopole) 안테나 등이 알려져 있다. 특히 테이퍼 슬롯 안테나(TSA; Tapered Slot Antenna)는 방향성(directional) 안테나로서 근거리 레이더 시스템 분야에 널리 적용되고 있다. 관련 선행기술인 미국 등록특허 제4,843,403호, 제5,081,466호, 제5,519,408호 등에 다양한 형태의 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나가 개시되어 있다. 그러나, 이들 종래 안테나는 대역 저지 기능이 없다는 문제점이 있다.
또 다른 관련 선행기술인 대한민국 등록특허 제10-1116851호, 대한민국 공개특허 제10-2007-0058852호 등과 같이 대역 저지 기능을 갖는 초광대역 안테나로서, 방사 소자에 알파벳 U 또는 V 모양의 다양한 슬롯을 형성하여 원하지 않는 주파수 대역을 저지할 수 있는 초광대역 모노폴 안테나가 많이 제안되고 있다. 그러나, 기존의 대역 저지 기능을 갖는 UWB 모노폴 안테나는 복사 소자에 슬롯을 배치하였기 때문에 저지 대역에서 복사 패턴의 왜곡을 야기한다는 단점을 가진다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 복사 소자가 아닌 급전 소자에 C형상의 스터브 및 스파이럴 슬롯을 형성함으로써 이중 저지 대역에서 안테나의 복사 방향에 무관한(spatial independent) 대역 저지 특성을 제공할 수 있는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나는, 기판; 상기 기판의 일면에 형성되어 전파 신호를 방사하는 복사부; 상기 기판의 타면에 형성되어 상기 복사부에 전파 신호를 공급하는 급전부; 상기 급전부의 근처에 상기 급전부와는 이격되게 형성되고, 상기 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 1 저지 대역의 주파수를 차단하는 이격 스터브; 및 상기 급전부의 일측 끝부에 형성된 스터브에 형성되고, 상기 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 2 저지 대역의 주파수를 차단하는 슬롯;을 포함한다.
상기 급전부는 마이크로스트립 선로를 포함하고, 상기 이격 스터브는 상기 마이크로스트립 선로를 중앙에 두고 상호 대칭되는 위치에 형성된 제 1 C형상의 스터브 및 제 2 C형상의 스터브를 포함할 수 있다.
상기 제 1 C형상의 스터브 및 상기 제 2 C형상의 스터브는 상기 제 1 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 가질 수 있다.
상기 제 1 C형상의 스터브 및 상기 제 2 C형상의 스터브의 길이를 조절하여 상기 제 1 저지 대역의 중심 주파수를 조절할 수 있다.
상기 제 1 C형상의 스터브 및 상기 제 2 C형상의 스터브의 길이를 늘리게 되면 상기 제 1 저지 대역의 중심 주파수는 낮아질 수 있다.
상기 슬롯은 스파이럴 형상으로 형성될 수 있다.
상기 슬롯은 상기 제 2 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 가질 수 있다.
상기 슬롯의 길이를 조절하여 상기 제 2 저지 대역의 중심 주파수를 조절할 수 있다.
상기 슬롯의 길이를 늘리게 되면 상기 제 2 저지 대역의 중심 주파수는 낮아질 수 있다.
상기 복사부는 테이퍼진 슬롯을 가질 수 있다.
상기 제 1 저지 대역은 3.5 GHz 대역일 수 있다.
상기 제 2 저지 대역은 5.5 GHz 대역일 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 일면에 형성된 복사부에 대향되는 타면의 급전 선로의 근처에 상기 급전 선로와는 이격되게 형성되고, 상기 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 1 저지 대역의 주파수를 차단하는 C 형상의 제 1 이격 스터브 및 제 2 이격 스터브; 및 상기 급전 선로의 끝부에 형성되고, 상기 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 2 저지 대역의 주파수를 차단하는 스파이럴 형상의 슬롯;을 포함하되,
상기 제 1 이격 스터브 및 상기 제 2 이격 스터브는 상기 제 1 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 갖고, 상기 슬롯은 상기 제 2 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 갖는다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 기존 테이퍼 슬롯 안테나의 급전부에 간단히 C형상의 스터브 및 스파이럴 슬롯을 형성함으로써 이중 대역(예: 3.5 GHz, 5.5 GHz 대역)에서 대역 저지 특성을 갖는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 복사부가 아닌 급전부에 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 갖는 C형상의 스터브 및 스파이럴 슬롯을 형성함으로써, 이중 저지 대역에서 안테나의 복사 방향에 무관한(spatial independent) 대역 저지 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다. 즉, C형상의 스터브 및 스파이럴 슬롯에 의하여 급전부에서 복사부로 전달되는 전파 신호 중 C형상의 스터브 및 스파이럴 슬롯의 공진 주파수에 해당하는 전파 신호가 차단됨으로써, 특정 주파수 대역(예: 3.5/5.5 GHz)의 신호를 저지할 수 있다.
또한, 본 발명은 펄스 왜곡이 적은 응답 특성이 되도록 구현할 수 있으며, 구조가 간단하고 소형화 및 경량화로 구현할 수 있어 저 비용으로 대량 생산이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 저면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 상면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 등가회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 전압 정재파비를 비교한 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 이득을 측정하여 비교한 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 임펄스 응답 특성을 측정하여 비교한 그래프이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 주파수별 전류 분배 시뮬레이션도이다.
도 14는 Ls1 파라미터에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 전압 정재파비를 비교한 그래프이다.
도 15는 Ls2 파라미터에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 전압 정재파비를 비교한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 주파수별 군지연 특성을 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 저면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 상면도이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 등가회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나는 기존의 TSA(Tapering Slot Antenna)와 거의 흡사하다.
다만, 차이나는 점은 대역 저지 기능을 위하여, 급전부(11)와 소정의 간격으로 이격된 제 1 C형상의 스터브(13) 및 제 2 C형상의 스터브(14), 및 마이크로스트립 원형 스터브(12)에 스파이럴 슬롯(15)을 추가하였다. 여기서, 급전부(11)는 급전 선로라고 할 수도 있다. 제 1 C형상의 스터브(13) 및 제 2 C형상의 스터브(14)는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 이격 스터브의 예가 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나는 예를 들어 두께 0.8mm, 비유전율 4.4 FR4 기판(10)을 이용하여 구현할 수 있고, 각 구분의 치수는 하기의 표 1과 같다.
Parameter Value[mm] Parameter Value[mm]

W1

25.2
Dm
4.8

W2

12.4
Ds
4

L1

8.5
Ws
0.16

L2

41.5
W3
9.6

Wm

25.11
W4
3.2

Lm

1.46
L3
6.2

L4

8.22
L5
5.7

Lg
0.3
Lc
1.2

Wh
3
W5
0.3

W6
0.5
W7
0.25

Ls1

25.7
Ls2
14.9
본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나는, 기판(10), 급전부(11), 마이크로스트립 원형 스터브(12), 제 1 C형상의 스터브(13), 제 2 C형상의 스터브(14), 복사부(20), 및 마이크로스트립 슬롯라인 트랜지션부(21)를 포함한다.
기판(10)은 대략 두께 0.8mm, 비유전율 4.4 정도의 유전체(예컨대, FR4)를 이용하여 구현할 수 있다.
급전부(11)는 기판(10)의 하면에 형성되어 전파 신호를 공급한다. 급전부(11)는 예를 들어 대략 50옴(Ω) 마이크로스트립(microstrip) 선로를 포함한다.
마이크로스트립 원형 스터브(12)는 급전부(11)의 일측 끝부에 형성된다.
복사부(20)는 기판(10)의 상면에 형성되어 전파 신호를 방사한다. 복사부(20)는 예를 들어 나팔 모양으로 형성될 수 있다.
복사부(20)에는 해당 복사부(20)의 일측 말단에서 소정 거리(대략 L3의 거리)만큼 이격된 천공(21)이 형성된다. 즉, 천공(21)은 복사부(20)에만 형성되는 것으로 이해하면 된다. 천공(21)의 일측에는 좁은 슬롯이 형성된다. 여기서, 좁은 슬롯은 예를 들어 천공(21)의 일측에서는 대략 Ws의 폭으로 절개되어 복사부(20)의 타측 말단측으로 갈수록 점점 큰 폭으로 절개되어 복사부(20)의 타측 말단측에서는 대략 W1의 폭으로 절개된 형상(즉, 나팔 모양으로 라운드(테이퍼)진 형상)을 갖는다. 이와 같이 천공(21) 및 천공(21)의 일측에 형성된 좁은 슬롯을 슬롯라인 트랜지션부(slotline transition unit)라고 할 수 있다. 그리고, 마이크로스트립 원형 스터브(12), 천공(21), 및 천공(21)의 일측에 형성된 좁은 슬롯을 통칭하여 마이크로스트립-슬롯라인 트랜지션부(microstrip-slotline transition unit)라고 할 수 있다. 마이크로스트립-슬롯라인 트랜지션부는 급전부(11)와 복사부(20)를 연결한다.
여기서, 급전부(11)의 마이크로스트립 원형 스터브(12)와 슬롯라인 트랜지션부는 주파수 독립적인 전달 특성을 가지므로 급전부(11)에서 복사부(20)로 초광대역의 전파 신호가 전달될 수 있다
특히, 본 발명의 실시예에서는 3.5 GHz 주파수 대역의 신호를 저지하기 위해 급전부(11)의 마이크로스트립 라인과 소정의 간격(Lg)만큼 이격되고 길이 Ls1을 갖는 제 1 C형상의 스터브(13), 제 2 C형상의 스터브(14)를 형성한다. 이때의 C형상의 스터브(13, 14)는 차단하고자 하는 대역의 중심 주파수 신호의 파장(λg1)에 대한 1/2의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
C형상의 스터브(13, 14)는 공진 역할을 하여 저지하고자 하는 주파수 신호에 대하여 급전부(11)에서 복사부(20)로 전달되는 것을 차단한다. 도 3의 등가회로도를 참조하면 C형상의 스터브(13, 14)의 입력 임피던스(
Figure pat00001
)는 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 C형상의 스터브(13, 14)의 입력 임피던스를 의미하고,
Figure pat00004
는 C형상의 스터브(13, 14)의 특성 임피던스를 의미하고, Ls1은 C형상의 스터브(13, 14)의 길이를 의미하고, βc는 C형상의 스터브(13, 14)의 전파 상수를 의미하고, λg1는 C형상의 스터브(13, 14)의 관내 파장을 의미하고, Zant는 안테나 복사 임피던스를 의미한다.
따라서, C형상의 스터브(13, 14)의 길이(Ls1)가 저지 대역 주파수의 반파장(Ls1=λg1/2)이 되면 C형상의 스터브(13, 14)의 입력 임피던스(
Figure pat00005
)는 무한대가 되어 개방 상태가 된다(βc=2π/λg1). 즉, 저지 대역 주파수에 해당하는 신호는 C형상의 스터브(13, 14)에 의해 차단된다. 이에 의해, 본 발명의 실시예에서, C형상의 스터브(13, 14)의 길이는 차단하고자 하는 저지 대역의 중심 파장의 1/2이 가장 바람직하다고 할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 5.5 GHz 주파수 대역의 신호를 저지하기 위해 마이크로스트립 원형 스터브(12)에 길이 Ls2 의 스파이럴 슬롯(15)을 형성한다. 이때의 스파이럴 슬롯(15)은 차단하고자 하는 대역의 중심 파장(λg2)에 대한 1/2의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다. 스파이럴 슬롯(15)은 공진 역할을 하여 저지하고자 하는 주파수 신호에 대하여 급전부(11)에서 복사부(20)로 전달되는 것을 차단한다. 도 3의 등가회로도를 참조하면 스파이럴 슬롯(15)의 입력 임피던스(
Figure pat00006
)는 아래의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
Figure pat00007
여기서,
Figure pat00008
는 스파이럴 슬롯(15)의 입력 임피던스를 의미하고,
Figure pat00009
는 스파이럴 슬롯(15)의 특성 임피던스를 의미하고, Ls2은 스파이럴 슬롯(15)의 길이를 의미하고, βs는 스파이럴 슬롯(15)의 전파 상수를 의미하고, λg2는 스파이럴 슬롯(15)의 관내 파장을 의미한다.
따라서, 스파이럴 슬롯(15)의 길이(Ls2)가 저지 대역 주파수의 반파장(Ls2= λg2/2)이 되면 스파이럴 슬롯(15)의 입력 임피던스(
Figure pat00010
)는 0이 되어 단락 상태가 된다(βs=2π/λg2). 즉, 저지 대역 주파수에 해당하는 신호는 스파이럴 슬롯(15)에 의해 차단된다. 이에 의해, 본 발명의 실시예에서, 스파이럴 슬롯(15)의 길이는 차단하고자 하는 저지 대역의 중심 파장의 1/2이 가장 바람직하다고 할 수 있다.
상기의 동작 원리로 본 발명은 이중 대역을 저지하기 위해 서로 다른 대역 저지 소자를 사용함으로써, 각 대역의 특성을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 전압 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio)를 비교한 그래프이다.
대역 저지 기능의 비교를 위해 대역 저지 소자가 없는 기존 테이퍼 슬롯 안테나(Reference TSA)와 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 저지 특성을 갖는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나(Proposed TSA)의 전압 정재파비를 시뮬레이션 및 측정하였다. 또한, C형상의 스터브(13, 14)만 구현한 단일 대역 저지 특성을 갖는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나(Single band-notched TSA)의 전압 정재파비 특성도 함께 비교하였다. 여기서, 대역 저지 소자가 없는 기존 테이퍼 슬롯 안테나(Reference TSA)라 함은 C형상의 스터브(13, 14) 및 스파이럴 슬롯(15)이 없는 TSA를 의미한다.
본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나는 C형상의 스터브(13, 14)와 스파이럴 슬롯(15)을 형성함으로써, 3.1~4.0 GHz, 5.1~6.2 GHz 이중 대역에서 대역 저지 특성을 얻음을 알 수 있다. 저지 대역 이외 주파수 대역(2.4~11.6 GHz)에서는 전압 정재파비 2:1 이하의 초광대역 특성을 나타내고 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 수평면(xz면)과 수직면(xy면)에 대해 주파수 3.1GHz에서 원역장(Far-Field) 방사 패턴을 시뮬레이션함과 더불어 측정한 결과이다. 도 6은 수평면(xz면)과 수직면(xy면)에 대해 주파수 7.0GHz에서 원역장(Far-Field) 방사 패턴을 시뮬레이션함과 더불어 측정한 결과이다. 도 7은 수평면(xz면)과 수직면(xy면)에 대해 주파수 9.0GHz에서 원역장(Far-Field) 방사 패턴을 시뮬레이션함과 더불어 측정한 결과이다.
도 5 내지 도 7에서는 운용 주파수 대역에서 방향성 패턴(directional pattern)을 보여주고 있다. 특히, 복사 방향(+x축)에서의 교차 편파(cross-polarization)의 크기가 주 편파(co-polarization)에 비해 20 dB 이상 작은 안정된 방사 패턴을 보여 주고 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 이득을 측정하여 비교한 그래프이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 3 ~ 11 GHz 대역에서 기존 테이퍼 슬롯 안테나(Reference TSA)와 유사한 주파수별 이득 형태를 나타내며 이득 범위는 1.1 ~ 6.1 dBi이다. 다만, 저지 대역 3.5 GHz 및 5.5 GHz에서는 각각 -4.3 dBi, -5.6 dBi 이득을 가져서 이중 대역 저지 특성이 확인된다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 임펄스 응답 특성을 측정하여 비교한 그래프이다.
도 9a는 송신기에서 송신된 송신 펄스 파형을 나타내고, 도 9b는 송신기(도시 생략)에서의 송신 펄스에 대한 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나 및 기존 테이퍼 슬롯 안테나(Reference TSA)의 수신 펄스 파형을 비교한 그래프이다. 여기서, 기존 테이퍼 슬롯 안테나(Reference TSA)라 함은 C형상의 스터브(13, 14) 및 스파이럴 슬롯(15)이 없는 TSA를 의미한다. 이때, 송신 안테나와 수신 안테나(즉, 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나, 기존 테이퍼 슬롯 안테나(Reference TSA))의 이격 거리는 1m로 하였다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나는 이중 대역 저지 소자(즉, C형상의 스터브(13, 14) 및 스파이럴 슬롯(15))가 있음에도 불구하고 기존 테이퍼 슬롯 안테나(Reference TSA)와 수신 파형이 거의 유사하여 펄스의 왜곡이 없음을 확인할 수 있다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 주파수별 전류 분배 시뮬레이션도이다.
즉, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 3.1GHz의 주파수에서의 전류 분배 시뮬레이션도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 3.5GHz 의 주파수에서의 전류 분배 시뮬레이션도이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 5.5GHz의 주파수에서의 전류 분배 시뮬레이션도이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 9.0GHz의 주파수에서의 전류 분배 시뮬레이션도이다.
운용 대역 3.1 GHz, 9.0 GHz 전류 분포와 비교하여 저지 대역인 3.5 GHz, 5.5 GHz에서의 전류 분포는 각각의 저지 대역 소자인 C형상의 스터브(13, 14)와 스파이럴 슬롯(15)에서 크게 증가함을 볼 수 있다. 이는 각각의 저지 대역 주파수에서 공진함을 의미하는 것이다.
도 14는 Ls1 파라미터에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 전압 정재파비를 비교한 그래프이다. 즉, 도 14는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나에 대한 C형상의 스터브(13, 14)의 길이(Ls1) 변화에 따른 전압 정재파비를 비교한 그래프이다.
저지 대역의 중심 주파수를 조절하기 위해 도 1에 표시된 Ls1 파라미터에 대한 전압 정재파비를 시뮬레이션하였다. 도 14에 도시된 바와 같이 C형상의 스터브(13, 14)의 길이(Ls1)를 늘임으로써 저지 대역의 중심 주파수는 낮아진다.
도 15는 Ls2 파라미터에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 전압 정재파비를 비교한 그래프이다. 즉, 도 15는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나에 대한 스파이럴 슬롯(15)의 길이(Ls2) 변화에 따른 전압 정재파비를 비교한 그래프이다.
저지 대역의 중심 주파수를 조절하기 위해 도 1에 표시된 Ls2 파라미터에 대한 전압 정재파비를 시뮬레이션하였다.
도 15에 도시된 바와 같이 스파이럴 슬롯(15)의 길이(Ls2)를 늘임으로써 저지 대역의 중심 주파수는 낮아진다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나의 주파수별 군지연 특성을 도시한 그래프이다.
도 16을 참조하면, 전체 주파수 대역에서 군지연 특성은 저지 대역을 제외하고, 0.56ns 이내의 변동을 갖는다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나는 시간 응답 영역에서 최소한의 왜곡을 갖는다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 기판 11 : 급전부
12 : 마이크로스트립 원형 스터브 13 : 제 1 C형상의 스터브
14 : 제 2 C형상의 스터브 15 : 스파이럴 슬롯
20 : 복사부 21 : 천공

Claims (13)

  1. 기판의 일면에 형성되어 전파 신호를 방사하는 복사부;
    상기 기판의 타면에 형성되어 상기 복사부에 전파 신호를 공급하는 급전부;
    상기 급전부의 근처에 상기 급전부와는 이격되게 형성되고, 상기 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 1 저지 대역의 주파수를 차단하는 이격 스터브; 및
    상기 급전부의 일측 끝부에 형성된 스터브에 형성되고, 상기 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 2 저지 대역의 주파수를 차단하는 슬롯;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 급전부는 마이크로스트립 선로를 포함하고,
    상기 이격 스터브는 상기 마이크로스트립 선로를 중앙에 두고 상호 대칭되는 위치에 형성된 제 1 C형상의 스터브 및 제 2 C형상의 스터브를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 C형상의 스터브 및 상기 제 2 C형상의 스터브는 상기 제 1 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 C형상의 스터브 및 상기 제 2 C형상의 스터브의 길이를 조절하여 상기 제 1 저지 대역의 중심 주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 C형상의 스터브 및 상기 제 2 C형상의 스터브의 길이를 늘리게 되면 상기 제 1 저지 대역의 중심 주파수는 낮아지는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬롯은 스파이럴 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 제 2 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 슬롯의 길이를 조절하여 상기 제 2 저지 대역의 중심 주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 슬롯의 길이를 늘리게 되면 상기 제 2 저지 대역의 중심 주파수는 낮아지는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 복사부는 테이퍼진 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 저지 대역은 3.5 GHz 대역인 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 저지 대역은 5.5 GHz 대역인 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
  13. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 일면에 형성된 복사부에 대향되는 타면의 급전 선로의 근처에 상기 급전 선로와는 이격되게 형성되고, 상기 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 1 저지 대역의 주파수를 차단하는 C 형상의 제 1 이격 스터브 및 제 2 이격 스터브; 및
    상기 급전 선로의 끝부에 형성되고, 상기 복사부에서 방사되는 전파 신호에서 제 2 저지 대역의 주파수를 차단하는 스파이럴 형상의 슬롯;을 포함하되,
    상기 제 1 이격 스터브 및 상기 제 2 이격 스터브는 상기 제 1 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 갖고,
    상기 슬롯은 상기 제 2 저지 대역의 중심 주파수 신호의 파장에 대한 1/2의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 초광대역 테이퍼 슬롯 안테나.
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