KR20180003515A - Compact, wideband log-periodic dipole array antenna - Google Patents

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KR20180003515A
KR20180003515A KR1020170180413A KR20170180413A KR20180003515A KR 20180003515 A KR20180003515 A KR 20180003515A KR 1020170180413 A KR1020170180413 A KR 1020170180413A KR 20170180413 A KR20170180413 A KR 20170180413A KR 20180003515 A KR20180003515 A KR 20180003515A
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Abstract

The present invention relates to a log periodic antenna and, more specifically, to a compact broadband log periodic dipole array antenna which includes dipole radiator elements having an enhanced top-loading structure to form the log periodic dipole array antenna, thereby effectively reducing the size and enhancing frequency characteristics in a low frequency band. The log periodic dipole array antenna including the plurality of dipole radiator elements comprises one or more dipole radiator elements having a first top-loading structure, wherein the first top-loading structure includes a first branch line branched from one end of a first dipole radiator element to both sides and a second branch line bending from both ends of the first branch line to the other end of the first dipole radiator element.

Description

소형 광대역 대수 주기 안테나 {Compact, wideband log-periodic dipole array antenna}A compact wideband log-periodic dipole array antenna

본 발명은 대수 주기 안테나에 관한 것으로서, 구체적으로 개선된 상부 부하 구조를 가지는 다이폴 방사소자를 포함하여 대수 주기 다이폴 배열 안테나를 구성함으로써, 크기를 효과적으로 줄일 수 있고, 나아가 저주파 대역에서의 주파수 특성도 개선할 수 있는 소형 광대역 대수 주기 다이폴 배열 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an algebraic periodic antenna. Specifically, by constructing an algebraic periodic dipole array antenna including a dipole radiating element having an improved upper load structure, it is possible to effectively reduce the size and further improve the frequency characteristics in a low frequency band To a small wideband algebraic dipole array antenna.

일반적으로 대수 주기 안테나는 다이폴 방사소자를 일정한 비율로 정렬한 것으로, 인접한 방사소자의 길이나 간격의 비율이 일정하며, 사용 주파수 대역 내에서 거의 일정한 주파수 특성이 있는 광대역 안테나이다.Generally, a logarithmic periodic antenna is a broadband antenna in which the length and interval of adjacent radiating elements are constant and the frequency characteristics are almost constant within the frequency band of use.

이러한 대수 주기 안테나는 광대역 특성 등의 장점으로 디지털 방송 신호 수신, 이동통신 기지국과 같이 하나의 이용 목적에 복수의 주파수 대역이 필요한 곳에 빈번하게 이용되고 있다. Such log periodic antennas are frequently used where a plurality of frequency bands are required for one usage purpose, such as digital broadcasting signal reception and mobile communication base stations, due to their advantages such as broadband characteristics.

특히, 대수 주기 다이폴 배열(log-periodic dipole array, LPDA) 안테나는 넓은 주파수 대역에서 상대적으로 균일한 입력 임피던스와, VSWR 및 방사 특성을 가지게 되며, 이에 따라 다양한 무선 통신 시스템에 적용이 용이하다.In particular, a log-periodic dipole array (LPDA) antenna has a relatively uniform input impedance, VSWR, and radiation characteristics over a wide frequency band, making it easy to apply to various wireless communication systems.

통상적으로 평면 LDPA 안테나는 낮은 높이, 컴택트한 크기, 가벼운 무게, 낮은 가격, 높은 이득 등의 특성으로 인하여 EMC 시스템에서 폭넓게 사용되고 있으며, 이와 관련하여 다양한 기법들이 평면 LDPA 안테나의 특성을 개선하기 위하여 시도되어 왔다. 특히, 평면 LDPA 안테나는 복수의 다이폴을 주기적으로 배열하는 구조로 인하여 그 크기가 커질 수 있어, 이를 개선하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다. Typically, flat LDPA antennas are widely used in EMC systems because of their low height, compact size, light weight, low cost, high gain, etc. Various techniques have been attempted to improve the characteristics of flat LDPA antennas Has come. Particularly, a planar LDPA antenna can be enlarged due to a structure in which a plurality of dipoles are periodically arranged, and various studies have been made to improve the size.

예를 들어, J. Yeo 등에 의한 "Miniaturized LPDA Antenna for Portable Direction Finding Applications"논문(ETRI Journal, vol. 34, 2102)에서는 보우-타이(bow-tie) 방사소자를 적용하여 LDPA 안테나를 구성함으로써 안테나를 소형화하는 구조를 제시하였다. 그러나, 이러한 경우 LPDA 안테나의 래터럴(lateral) 사이즈(폭)는 줄일 수 있으나, 상기 보우-타이 방사소자의 특성에 의하여 안테나의 붐(boom) 사이즈(길이)는 크게 증가하는 문제가 따르게 된다.For example, in an article entitled "Miniaturized LPDA Antenna for Portable Direction Finding Applications" by J. Yeo et al. (ETRI Journal, vol. 34, 2102), an LDPA antenna is constructed by applying a bow- To reduce the size of the system. However, in this case, the lateral size (width) of the LPDA antenna can be reduced, but the boom size (length) of the antenna greatly increases due to the characteristics of the bow-tie radiating element.

나아가, 안테나의 크기를 줄이기 위하여 LPDA 안테나의 구조를 변경하는 경우 안테나의 주파수 대역폭 등 안테나 특성이 나빠질 수 있으므로, 안테나의 크기를 줄이면서도 안테나 특성의 악화를 억제할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Further, when the structure of the LPDA antenna is changed to reduce the size of the antenna, the antenna characteristics such as the frequency bandwidth of the antenna may be deteriorated. Therefore, it is desirable to reduce the size of the antenna and to suppress deterioration of antenna characteristics.

이에 따라, 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나의 크기를 효과적으로 줄일 수 있으면서도, 대역폭 등 안테나 특성의 악화를 억제할 수 있는 방안이 요구되고 있으나, 아직 이에 대한 적절한 해결책이 제시되지 못하고 있는 실정이다.Accordingly, there is a need for a method that can effectively reduce the size of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna, while suppressing the deterioration of the antenna characteristics such as the bandwidth. However, a proper solution has not yet been proposed.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0138916호Korean Patent Publication No. 10-2012-0138916

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나의 크기를 효과적으로 줄일 수 있으면서도, 대역폭 등 안테나 특성의 악화를 억제할 수 있는 대수 주기 다이폴 배열 안테나(LPDA)를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the related art as described above, and it is an object of the present invention to provide an LPGA antenna capable of effectively reducing the size of a logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna, (LPDA).

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 대수 주기 다이폴 배열 안테나는, 복수의 다이폴 방사소자를 포함하는 대수 주기 다이폴 배열 안테나로서, 제1 다이폴 방사소자의 일측 종단에서 양측으로 분기(branch)되는 제1 브랜치 라인과, 상기 제1 브랜치 라인의 양 종단에서 상기 제1 다이폴 방사소자의 타측 종단 방향으로 벤딩(bending)되는 제2 브랜치 라인을 포함하는 제1 상부 부하(top-loading) 구조를 구비하는 하나 이상의 다이폴 방사소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an algebraic periodic dipole array antenna including a plurality of dipole array elements, wherein the algebraic periodic dipole array antenna includes a plurality of dipole array elements each having a branch from one end to the other end of the first dipole radiating element, And a second branch line bending from both ends of the first branch line toward the other end of the first dipole radiating element. And at least one dipole radiating element.

이때, 상기 제1 상부 부하 구조는, 상기 제2 브랜치 라인의 종단에서 상기 제1 다이폴 방사소자 방향으로 벤딩(bending)되는 제3 브랜치 라인을 더 포함할 수 있다.At this time, the first upper load structure may further include a third branch line bending from the end of the second branch line toward the first dipole radiating element.

또한, 상기 제1 다이폴 방사소자는, 기판 상면의 제1 급전선에서 분기되는 제1 모노폴 방사소자와, 기판 하면의 제2 급전선에서 분기되는 제2 모노폴 방사소자를 포함하며, 상기 제1 상부 부하 구조는 상기 제1 모노폴 방사소자 및 제2 모노폴 방사소자의 양측 종단에 대칭적으로 구비될 수 있다.The first dipole radiating element includes a first monopole radiating element that branches off from a first feed line on an upper surface of a substrate and a second monopole radiating element that branches from a second feed line on a lower surface of the substrate, May be symmetrically provided at both ends of the first monopole radiation element and the second monopole radiation element.

여기서, 상기 제1 모노폴 방사소자의 제1 급전선에 대한 연결 부위 및 상기 제2 모노폴 방사소자의 제2 급전선에 대한 연결 부위에는 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)가 구비될 수 있다.Here, a trapezoidal resistive stub may be provided at a connection site of the first monopole radiating element to the first feeder line and a connection site of the second monopole radiating element to the second feeder line.

또한, 제2 다이폴 방사소자의 일측 종단에서 양측으로 분기되는 브랜치 라인을 포함하는 제2 상부 부하 구조를 구비하는 하나 이상의 다이폴 방사소자를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include at least one dipole radiating element having a second top load structure including branch lines branching at one end of the second dipole radiating element.

또한, 상기 하나 이상의 다이폴 방사소자를 급전하는 급전선은 미앤더(meander) 구조를 포함할 수 있다.In addition, the feeder lines feeding the at least one dipole radiating element may include a meander structure.

또한, 상기 하나 이상의 다이폴 방사소자를 급전하는 급전선은 화살촉-형상 발룬(arrow-shape balun) 구조를 포함할 수 있다.Also, the feed line feeding the at least one dipole radiating element may comprise an arrow-shaped balun structure.

본 발명에 따르면, 개선된 상부 부하 구조를 가지는 다이폴 방사소자를 포함하여 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나를 구성함으로써, 안테나의 크기를 효과적으로 줄일 수 있고, 나아가 저주파 대역에서의 주파수 특성도 개선할 수 있는 소형 광대역 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나를 구현하는 효과를 갖는다.According to the present invention, by constructing the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna including the dipole radiating element having the improved upper load structure, it is possible to effectively reduce the size of the antenna and further improve the frequency characteristics in the low frequency band (LPDA) antennas having a small-bandwidth algebraic periodic dipole array.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 대수 주기 다이폴 배열 안테나의 기본 구조에 대한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열 안테나의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 상부 부하 구조를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 대열 안테나의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 부하 구조를 가지는 다이폴의 반사계수 시뮬레이션 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전선의 미앤더 구조에 대한 등가 회로이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미앤더 구조의 치수 변경에 따른 입력 임피던스 및 반사 계수 시뮬레이션 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사다리꼴 스터브(trapezoidal stub)의 치수 변경에 따른 임피던스 및 반사 계수 시뮬레이션 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열 안테나의 제작 샘플의 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열 안테나의 입력 반사 계수 및 이득의 시뮬레이션 결과치와 측정치 그래프이다.
도 11a, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열 안테나의 주파수별 방사 패턴의 시뮬레이션 결과치와 측정치 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is an exemplary view showing a basic structure of a logarithmic periodic dipole array antenna.
2 is a structural view of an algebraic periodic dipole array antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a first upper load structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a logarithmic periodic dipole array antenna according to an embodiment of the present invention.
5 is a reflection coefficient simulation graph of a dipole having an upper load structure according to an embodiment of the present invention.
6 is an equivalent circuit diagram of a meander structure of a feed line according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph of input impedance and reflection coefficient simulation according to modification of dimensions of a meander structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a simulation graph of impedance and reflection coefficient according to a dimension change of a trapezoidal stub according to an embodiment of the present invention. FIG.
9 is a photograph of a fabricated sample of an logarithmic periodic dipole array antenna according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing simulation results and measured values of input reflection coefficient and gain of a logarithmic periodic dipole array antenna according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 11A and 11B are graphs of simulation results and measured values of a radiation pattern for each frequency of an logarithmic periodic dipole array antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another Is used.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 대역 특성이 개선된 소형 대수 주기 다이폴 배열(Log-Periodic Dipole Array, LPDA) 안테나의 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a Log-Periodic Dipole Array (LPDA) antenna with improved low-frequency characteristics according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1에서는 EMC 분야 등에서 사용되는 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나의 일반적인 구조를 예시하고 있다. 위와 같은 안테나 구조는 주파수 무관 구조라고 할 수 있으며, 이는 주로 전체 구조가 주파수와 무관한 스케일링 팩터(scaling factor) τ에 의하여 규정될 수 있기 때문이다. 상기 스케일링 팩터 τ는 하나의 방사소자와 이웃하는 방사소자 중 가장 긴 방사소자의 길이 비율로 정의될 수 있으며, 이로부터 여러 설계 파라미터들을 산출할 수 있게 된다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 가장 긴 l1의 길이를 가지는 방사소자는 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나의 최저 한계 주파수(lower frequency limit)의 반파장(half-wavelength)에서 공진하며, 또한 가장 짧은 방사소자는 최고 한계 주파수(upper frequency limit)를 결정하게 된다. 방사소자 간의 이격거리, 각 방사소자의 폭, 다이폴에서 폴 간의 간격 및 방사소자 꼭지점각(apex angle)은 도 1에 도시된 바와 같이 각각 Sn, Wn, gn 및 α로 약칭하였다.First, FIG. 1 illustrates a general structure of a logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna used in the field of EMC and the like. The above antenna structure can be regarded as a frequency-free structure, because the entire structure can be defined by a scaling factor τ that is independent of frequency. The scaling factor? Can be defined as the ratio of the length of one radiating element to the longest radiating element of the neighboring radiating elements, from which various design parameters can be calculated. As can be seen in FIG. 1, the radiating element having the longest length l 1 resonates at a half-wavelength of the lower frequency limit of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna, The short radiating element determines the upper frequency limit. The distance between the radiating elements, the width of each radiating element, the distance between the poles at the dipoles, and the apex angle of the radiating element are abbreviated as S n , W n , g n and α, respectively, as shown in FIG.

도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 구조를 예시하고 있다.FIG. 2 illustrates a structure of an algebraic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 according to an embodiment of the present invention.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)는 Hat 형상의 제1 상부 부하(top-loading) 구조(200)를 구비하는 하나 이상의 다이폴 방사소자(100)를 포함하여 될 수 있다.2, an algebraic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 according to an embodiment of the present invention may include one or more (or more) of a first top- Dipole radiating element 100 may be included.

도 2상기 제1 상부 부하(top-loading) 구조(200)를 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 제1 상부 부하(top-loading) 구조(200)는 제1 다이폴 방사소자(100)의 일측 종단에서 양측으로 분기(branch)되는 제1 브랜치 라인(210)과, 상기 제1 브랜치 라인(210)의 양 종단에서 상기 제1 다이폴 방사소자(100)의 타측 종단 방향으로 벤딩(bending)되는 제2 브랜치 라인(220)을 포함하여 구성될 수 있다.2, the first top-loading structure 200 includes a first dipole radiating element 100 and a second dipole antenna 200. The first top-loading structure 200 includes a first dipole radiating element 100, And a second branch line 210 bending from both ends of the first branch line 210 toward the other end of the first dipole radiating element 100, (220).

나아가, 상기 제1 상부 부하 구조(200)는 상기 제2 브랜치 라인(220)의 종단에서 상기 제1 다이폴 방사소자(100) 방향으로 벤딩(bending)되는 제3 브랜치 라인(230)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.Furthermore, the first upper load structure 200 further includes a third branch line 230 bending from the end of the second branch line 220 toward the first dipole radiating element 100 .

도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 상부 부하 구조(200)를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. FIG. 3 is a view for explaining a first upper load structure 200 according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3(a)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 상부 부하 구조(200)는 제1 다이폴 방사소자(100)의 일측 종단에서 양측으로 분기(branch)되는 제1 브랜치 라인(210)과, 상기 제1 브랜치 라인(210)의 양 종단에서 상기 제1 다이폴 방사소자(100)의 타측 종단 방향으로 벤딩(bending)되는 제2 브랜치 라인(220)을 포함하여 ‘ㅌ’자 형상의 구조를 가질 수 있다.3 (a), the first upper load structure 200 includes a first branch line 210 branching from one end of the first dipole radiating element 100 to the other, And a second branch line 220 bending from both ends of the first branch line 210 toward the other end of the first dipole radiating element 100 to form a ' Lt; / RTI >

이때, 도 3(a)을 참조하여 살펴보면, 상기 'ㅌ'자 형상의 제1 상부 부하 구조(200)는 일반적인 'T'자 형태의 부하구조에 비하여, 제1 브랜치 라인(210)의 길이, 제1 다이폴 방사소자(100) 및 제1 브랜치 라인(210) 사이의 이격거리를 조절하여, 등가 저항(R1), 인덕턴스(L1) 및 커패시턴스(C1)를 제어함으로써 목적하는 주파수에서 공진 현상을 유도할 수 있다는 전기적 특징을 갖는다.3A, the first upper load structure 200 has a length of the first branch line 210, a length of the second branch line 210, By controlling the separation distance between the first dipole radiating element 100 and the first branch line 210 and controlling the equivalent resistance R 1 , inductance L 1 and capacitance C 1 , resonance Thereby inducing the phenomenon.

나아가, 이러한 특징을 통하여 상기 제1 다이폴 방사소자(100)의 형상을 인위적으로 변형하였을 때 발생되는 임피던스 변화 (특히, 허수저항)에 따른 급전선(300)과 제1 다이폴 방사소자(100) 간의 임피던스 정합을 손쉽게 이룰 수 있다는 장점을 가질 수 있다.The impedance between the feed line 300 and the first dipole radiating element 100 due to an impedance change (in particular, an imaginary resistance) generated when the shape of the first dipole radiating element 100 is artificially deformed, It can have an advantage that the matching can be easily achieved.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 상부 부하 구조(200)는 도 3(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제2 브랜치 라인(220)의 종단에서 상기 제1 다이폴 방사소자(100) 방향으로 벤딩(bending)되는 제3 브랜치 라인(230)을 더 포함하는 형상의 구조를 가질 수 있다.3 (b), the first upper load structure 200 according to an embodiment of the present invention includes the first dipole radiating element 100 at the end of the second branch line 220 And a third branch line 230 bending in the direction of the second branch line 230. [

도 3(b)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 상부 부하 구조(200)는 도 3(a)의 경우와 대비할 때 제3 브랜치 라인(230)이 추가됨으로서, 제3 브랜치 라인(230) 종단과 제 1 다이폴 방사소자(100) 사이에 부가적인 커패시턴스(C3) 성분이 더 생성될 수 있으며, 이에 따라 급전선(300)과 제1 다이폴 방사소자(100) 간의 임피던스 정합을 매우 용이하게 이룰 수 있다는 장점을 가질 수 있다.As can be seen in FIG. 3 (b), the first upper load structure 200 has a third branch line 230, as compared to the case of FIG. 3 (a) An additional capacitance (C 3 ) component may be further generated between the termination and the first dipole radiating element 100, thereby facilitating the impedance matching between the feeder line 300 and the first dipole radiating element 100 Can be advantageous.

상기와 도 3에 도시된 제1 상부 부하 구조(200)에서는 일반적인 다이폴 방사소자의 종단 구조를 변형하였을 때 적용될 수 될 수 있는 일반적인 등가회로 구조를 적용하였으며, 보다 세부적인 구조의 변형에 따라 상기 도 3의 등가회로는 추가적으로 변경될 수도 있다.In the first upper load structure 200 shown in FIG. 3 and FIG. 3, a general equivalent circuit structure that can be applied when the terminal structure of a general dipole radiating element is modified is applied. The equivalent circuit of 3 may be further modified.

상기 제1 상부 부하 구조(200)가 적용됨에 따라, 상기 제1 다이폴 방사소자(100)의 길이는 동일한 공진 주파수에 대하여 크게 줄어들 수 있고, 특히 저주파 대역에 대응하는 길이가 긴 다이폴 방사소자의 길이를 효과적으로 줄일 수 있게 되어, 상기 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)를 효과적으로 소형화할 수 있게 된다.As the first upper load structure 200 is applied, the length of the first dipole radiating element 100 can be greatly reduced with respect to the same resonance frequency, and in particular, the length of the long dipole radiating element corresponding to the low- The LPDA antenna 10 can be effectively reduced in size.

즉, 복수의 다이폴 방사소자 중 가장 길이가 긴 하나 또는 둘 이상의 다이폴 방사소자에 상기 제1 상부 부하 구조(200)를 부가함으로써, 상기 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)를 효과적으로 소형화할 수 있다.That is, by adding the first upper load structure 200 to one or more dipole radiating elements having the longest length among the plurality of dipole radiating elements, the LPDA antenna 10 can be effectively miniaturized have.

또한, 상기 제1 상부 부하 구조(200)가 적용됨으로써, 상기 급전선(300)과 제1 다이폴 방사소자(100) 간의 임피던스 정합도 보다 용이하게 이루어질 수 있게 된다.Also, the impedance matching between the feed line 300 and the first dipole radiating element 100 can be made easier by applying the first upper load structure 200.

나아가, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 다이폴 방사소자(100)는 기판(400) 상면의 제1 급전선(310)에서 분기되는 제1 모노폴 방사소자(110)와, 기판(400) 하면의 제2 급전선(320)에서 분기되는 제2 모노폴 방사소자(120)를 포함하여 구성될 수 있는 바, 이때 상기 제1 상부 부하 구조(200)는 상기 제1 모노폴 방사소자(110) 및 제2 모노폴 방사소자(120)의 양측 종단에 대칭적으로 구비되도록 할 수 있다.2, the first dipole radiating element 100 includes a first monopole radiating element 110 branched from the first feed line 310 on the upper surface of the substrate 400, And a second monopole radiating element 120 branched from a lower second feeder line 320. The first upper load structure 200 may include a first monopole radiating element 110 and a second monopole radiating element 120, 2 monopole radiating element 120. [0052] In addition, as shown in FIG.

또한, 상기 제1 다이폴 방사소자(100)와 다른 제2 다이폴 방사소자의 일측 종단에서 양측으로 분기되는 브랜치 라인을 포함하는 제2 상부 부하 구조를 구비하는 하나 이상의 다이폴 방사소자를 더 포함하여 상기 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)를 더욱 소형화할 수도 있다.Further comprising at least one dipole radiating element having a second top load structure including a branch line branching at one end of one end of the second dipole radiating element different from the first dipole radiating element 100, The periodic dipole array (LPDA) antenna 10 may be further downsized.

그런데, 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 소형화를 위하여 상기한 바와 같이 제1 상부 부하 구조(200)를 적용하는 경우 저주파 대역에서 품질 계수(Q-factor)가 증가하면서 저주파 대역에서의 임피던스 대역폭(impedance bandwidth)이 줄어드는 문제가 나타날 수 있다.However, when the first upper load structure 200 is applied for minimizing the LPDA antenna 10, as described above, the quality factor (Q-factor) increases in the low frequency band and decreases in the low frequency band There may be a problem that the impedance bandwidth is reduced.

이에 대하여, 본 발명의 일 실시예로서 급전선에 미앤더(meander) 구조(600)를 추가하거나, 상기 제1 모노폴 방사소자(110)의 제1 급전선(310)에 대한 연결 부위 및 상기 제2 모노폴 방사소자(120)의 제2 급전선(320)에 대한 연결 부위에 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)(500)를 적용하여 임피던스를 매칭 특성을 개선함으로써, 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 저주파 대역에서 대역폭 특성을 개선할 수 있게 된다.On the contrary, as an embodiment of the present invention, a meander structure 600 may be added to the feed line, or a connecting portion of the first monopole radiating element 110 to the first feed line 310 and a connecting portion of the second monopole The trapezoidal resistive stub 500 is applied to the connecting portion of the radiating element 120 with respect to the second feed line 320 to improve the impedance matching characteristic so that the logarithmic periodic dipole array (LPDA) It is possible to improve the bandwidth characteristic in the low frequency band of FIG.

나아가, 본 발명의 일 실시예로서 밸런스드 전송선(balanced transmission line) 구조를 구현하기 위하여, 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 급전부에 화살촉-형상 발룬(700)이 추가될 수도 있다.In addition, an arrow-shaped balun 700 may be added to the feed portion of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 to implement a balanced transmission line structure as an embodiment of the present invention.

아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 구체적인 설계, 구현 및 측정 과정과 결과를 순차적으로 설명한다.Hereinafter, the detailed design, implementation and measurement of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 according to an embodiment of the present invention will be described in order.

먼저, 0.55 ~ 9GHz 의 주파수 대역에 대한 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)가 설계되었다. 도 2에서 실선으로 표시된 부분은 기판(400)의 상면에 위치하며, 점선으로 표시된 부분은 기판(400)의 하면에 위치하게 된다. 덧붙여, 도 2에서 가장 긴 다이폴 방사소자에 있는 원형 홀은 레이돔(radome)을 고정시키기 위한 스크류홀이다.First, a logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 for a frequency band of 0.55 to 9 GHz is designed. A portion indicated by a solid line in FIG. 2 is located on an upper surface of the substrate 400, and a portion indicated by a dotted line is located on a lower surface of the substrate 400. In addition, the circular hole in the longest dipole radiating element in Fig. 2 is a screw hole for fixing the radome.

본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 설계 과정은 먼저 자유 공간에서의 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)에 대한 이론적인 목표 성능을 고려하여 표 1에 나열되어 있는 스케일링 팩터(scaling factor) τ와 스페이싱 팩터(spacing factor) σ를 선택하는 데서 시작될 수 있다. The design procedure of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 according to an embodiment of the present invention is first described in Table 1, considering the theoretical target performance for the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 in free space. Can be started by selecting a scaling factor τ and a spacing factor σ that are listed in FIG.

방향성(Directivity) [dBi]Directivity [dBi] 스케일링 팩터
(Scaling factor) τ
Scaling factor
(Scaling factor)?
스페이싱 팩터 (Spacing factor) σSpacing factor σ
77 0.7820.782 0.1380.138 7.57.5 0.8240.824 0.1460.146 88 0.8650.865 0.1570.157 8.58.5 0.8920.892 0.1650.165 99 0.9180.918 0.1690.169 9.59.5 0.9350.935 0.1740.174 1010 0.9430.943 0.1790.179 10.510.5 0.9570.957 0.1820.182 1111 0.9640.964 0.1850.185

예를 들어, 초기 안테나 디자인 값으로서 지향성(directivity)이 9.5dBi인 경우에 대하여 스케일링 팩터 τ= 0.935, 스페이싱 팩터 σ=0.174가 선택되었다. 이에 따라, 다이폴 방사소자의 개수 N은 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 경우 48개로 산출될 수 있다(예를 들어, C.A. Balanis, "Frequency Independent Antennas," in Antenna Theory analysis and design, 2005, pp.631-633 등 참조). 다음으로, 최저 한계 주파수(lower frequency limit) 0.55GHz의 반파장 길이에서 공진하는 최장 다이폴 방사소자의 길이 l1이 결정될 수 있다. 이어서, 나머지 방사소자들의 길이(ln)와 폭(Wn) 및 간격(Sn)은 아래의 수학식 1을 이용하여 구할 수 있으며, 이에 따라 l/w는 27.5가 된다.For example, the scaling factor τ = 0.935 and the spacing factor σ = 0.174 were selected for the case where the directivity as the initial antenna design value is 9.5 dBi. Thus, the number N of dipole radiating elements can be calculated to be 48 for the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 (e.g., CA Balanis, "Frequency Independent Antennas," in Antenna Theory analysis and design, 2005, pp. 631-633). Next, the length l 1 of the longest dipole radiating element that resonates at a half-wavelength length of the lower frequency limit of 0.55 GHz can be determined. Then, the length l n , the width W n , and the spacing S n of the remaining radiating elements can be obtained by using the following equation 1, whereby l / w is 27.5.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

덧붙여, 고주파 대역에서의 방사 효율을 개선하기 위하여 두개의 다이폴 방사소자가 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 급전부 방향으로 추가되었다(이에 따라, 다이폴 방사소자의 총 개수는 50개가 되었다). In addition, in order to improve the radiation efficiency in the high frequency band, two dipole radiation elements are added in the direction of the feeding part of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 (accordingly, the total number of dipole radiation elements is 50 ).

이어지는 단계에서는 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 크기를 소형화하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)는 기판(400)의 상부와 하부에 인쇄되어 공면 배열(coplanar array)를 형성하는 방사소자들을 포함하여 구성된다. 자유 공간에서 가장 긴 방사소자의 길이가 lfs일 때, 본 발명에 따른 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)에서의 가장 긴 방사소자의 길이 l1은 다음의 수학식 2에 의하여 조정(scaling)되어 산출될 수 있다.In the following step, the size of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 is miniaturized. 2, a logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 according to the present invention includes radiating elements printed on top and bottom of a substrate 400 to form a coplanar array, do. When the length of the longest radiating element in the free space il l fs, the length l 1 of the long radiation elements in the log-periodic dipole array (LPDA) antenna 10 according to the present invention is adjusted by the following equation (2) ( scaling.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00002
Figure pat00002

이때, εeff는 기판의 효과 유전율(effective permittivity)이며, 이는 아래의 수학식 3으로 표현될 수 있다.In this case, ε eff is the effective dielectric constant (effective permittivity) of the substrate, which may be represented by Equation 3 below.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, W와 h는 각각 도 4에 도시된 바와 같이, 급전선(300)의 폭과 기판(400)의 두께를 나타낸다. Here, W and h indicate the width of the feeder line 300 and the thickness of the substrate 400, respectively, as shown in FIG.

방사소자 간의 간격은 스페이싱 팩터 σ가 0.06일 때 최적화되었다. 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)에 대하여 선택된 스페이싱 팩터 σ 값은 다소 통상적이지 않지만 매우 실용적인 값으로서, 종래 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)와 비교할 때 안테나의 붐(boom) 사이즈(길이)를 거의 20% 가까이 줄일 수 있었다.The spacing between the radiating elements was optimized when the spacing factor sigma was 0.06. The spacing factor sigma value selected for the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 is a somewhat unusual, but very practical value, and is the boom size of the antenna, as compared to the conventional logarithmic periodic dipole array (LPDA) (Length) can be reduced by nearly 20%.

또한, 본 발명의 일 실시예로서, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 햇(Hat) 및 티(T) 형상의 두 종류의 변형된 상부 부하(top-loading) 구조가 다이폴 방사소자에 적용되어, 0.55GHz에서 공진하는 최장 다이폴 방사소자의 길이를 193.5mm로 단축시켰고, 이에 따라 안테나의 래터럴(lateral) 사이즈(폭)가 종래 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)와 비교할 때 약 27% 정도 감소되었다. 최장 상부 부하 다이폴 방사소자(longest top-loaded dipole element)는 약 0.5GHz에서 공진 주파수를 형성하며, 이에 따라 활동 영역(active region)이 더 넓어지게 되었다.Further, as one embodiment of the present invention, two types of deformed top-loading structures in the form of a hat and a tee (T) as shown in Fig. 2 are applied to the dipole radiating element, The length of the longest dipole radiating element resonating at 0.55 GHz is shortened to 193.5 mm so that the lateral size (width) of the antenna is about 27% as compared to the conventional log periodic dipole array (LPDA) . The longest top-loaded dipole element forms a resonant frequency at about 0.5 GHz, resulting in a wider active region.

그러나, 제1 상부 부하 구조(200)를 사용하여 최장 방사소자의 물리적 길이를 감소시키는 경우 임피던스 대역폭이 안테나의 동작 주파수 대역 중 저주파 대역에서 좁아지는 경향이 있다. 이는 도 5를 참조하여 0.6GHz에서 동작하는 상부 부하가 적용된 방사소자와 통상적인 방사소자의 반사계수에 대한 시뮬레이션 결과를 살펴 보더라도 확인할 수 있다. 즉, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 통상적인 다이폴의 임피던스 대역폭(S11 < -10dB)이 제1 상부 부하 구조(200)가 적용된 다이폴의 경우보다 넓은 것을 알 수 있으며, 이때 대역폭의 축소는 약 3% 수준이었다.However, when the physical length of the longest radiating element is reduced by using the first upper load structure 200, the impedance bandwidth tends to narrow in the low frequency band of the operating frequency band of the antenna. This can be confirmed by looking at the simulation results of the reflection coefficient of the radiating element to which the upper load operating at 0.6 GHz is applied and the typical radiating element, with reference to FIG. In other words, the impedance bandwidth of the conventional dipole (S 11 <-10dB), and this shows that spacious than that of the dipole of the first upper loading structure 200 is applied, wherein the reduction of bandwidth as can be seen in Figure 5 About 3%.

이에 따라, 제1 상부 부하 구조(200)가 적용된 다이폴은 보다 높은 품질 계수(Q-factor)를 가지는 반면 대역폭은 줄어들 수 있으며, 이는 저주파 대역에서의 임피던스의 불일치에 따른 것이라고 판단된다.Accordingly, the dipole to which the first upper load structure 200 is applied may have a higher quality factor (Q-factor) while the bandwidth may be reduced, which is considered to be due to the impedance mismatch in the low frequency band.

본 발명의 일 실시예로서, 안테나 동작 주파수 범위의 저주파 대역에서 임피던스 대역폭을 개선하기 위하여, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 상부 부하가 적용된 방사소자 사이의 급전선을 간헐적으로 구불이는 미앤더(meander) 구조(600)를 적용하였다. As shown in FIG. 2, in order to improve the impedance bandwidth in the low frequency band of the antenna operating frequency range, the feeder line between the radiating elements to which the upper load is applied may be intermittently twisted as meander ) Structure (600) was applied.

급전선의 미앤더(meander) 구조(600)는 도 6에 도시된 등가 회로로 표현될 수 있다. 도 6에서 캐패시터 C1은 주로 미앤더(meander) 영역의 구불어짐 구조에 의한 자기-캐패시턴스(self-capacitance)에 기인하는 유효 캐패시턴스(effective capacitance)를 나타내고, 인덕터 L1은 미앤더(meander) 영역의 자기-인덕턴스(self-inductance)에 기인하는 유효 인덕턴스(effective inductance)를 나타내며, r1은 방사소자에서의 방사 저항(radiation resistance)을 나타낸다. 이때, 도 6에서 급전선의 입력 포트에서 바라본 입력 임피던스 Zin은 아래의 수학식 4로 표현될 수 있다.The meander structure 600 of the feed line can be represented by the equivalent circuit shown in Fig. In FIG. 6, the capacitor C 1 mainly represents an effective capacitance due to the self-capacitance due to the winding structure of the meander region, and the inductor L 1 has a meander region Inductance due to the self-inductance of the radiating element, and r 1 represents the radiation resistance in the radiating element. In this case, the input impedance Z in viewed from the input port of the feed line in FIG. 6 can be expressed by Equation (4) below.

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

Figure pat00004
Figure pat00004

도 7(a)에서 볼 수 있는 바와 같이 미앤더(meander) 라인의 길이 fx 및 폭 fy을 다양한 값으로 변화시키면서 입력 임피던스를 변화시켜 저주파 대역에서의 임피던스 매칭 성능을 개선할 수 있었다. 미앤더(meander) 라인의 fx 및 fy 값이 변화함에 따라 다양한 캐패시턴스 및 인덕턴스 값이 생성되어 방사소자의 방사 저항에 더하여졌고, 이에 따라 입력 단자에서의 임피던스가 조절될 수 있었음을 알 수 있다. 따라서, 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 입력 단자에서 바라본 임피던스는 방사소자의 종단(terminal)에서 바라본 임피던스와 일치하여 신호의 반사를 최소화하고 우수한 임피던스 매칭 성능을 구현할 수 있게 된다.As shown in FIG. 7 (a), the impedance matching performance in the low frequency band can be improved by changing the input impedance while changing the length f x and the width f y of the meander line to various values. As the values of f x and f y of the meander line change, various capacitances and inductance values are generated and added to the radiation resistance of the radiating element, so that the impedance at the input terminal can be adjusted . Therefore, the impedance viewed from the input terminal of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 coincides with the impedance viewed from the terminal of the radiating element, thereby minimizing signal reflection and achieving excellent impedance matching performance.

도 7에서는 미앤더(meander) 구조(600)에서 fx 및 fy 수치의 변화에 따른 0.5GHz ~ 1.0GHz 대역에서의 반사 계수 및 입력 임피던스의 시뮬레이션 결과를 보여준다. 도 7(b)를 보면 fx = 1.0mm, fy = 0.5mm일 때 전체 주파수 대역에서 -10dB 이하의 값을 보여 최적의 임피던스 매칭 특성을 나타낸다는 것을 확인할 수 있다. FIG. 7 shows simulation results of the reflection coefficient and the input impedance in the 0.5 GHz to 1.0 GHz band according to the change of the f x and f y values in the meander structure 600. Referring to FIG. 7 (b) it can be confirmed that when f x = 1.0mm, f y = 0.5mm in the entire frequency band showed a value equal to or less than -10dB indicates the optimum impedance matching properties.

나아가, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)(500)가 상부 부하가 적용된 방사소자 및 미앤더(meander) 구조(600)를 포함하는 급전선(300)의 연결 부위에 추가되어, 스터브의 폭 rw의 변화를 통해 입력 임피던스를 조절하였다. rw가 변화함에 따라 방사소자의 방사 저항 r1이 변화하였고, 이에 따라 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이 입력 임피던스가 조절되면서 대역폭이 개선될 수 있었다. 도 8(a)에서는 rw가 증가함에 따라 입력 임피던스가 50옴에 근사한 값을 가지게 되는 것을 볼 수 있으며, 이에 따라 저주파 대역에서의 임피던스 매칭 성능이 개선될 수 있었다. 그러나, rw가 증가함에 따라 입력 반사 계수에서의 영향이 줄어든다는 것을 확인할 수 있고, 이는 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)(500)의 임피던스 성능 개선이 다소 제한적일 수 있음을 의미한다. 특히, 본 발명의 일 실시예로서, 미앤더(meander) 구조(600)와 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)(500)를 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)에 동시에 적용함으로써 임피던스 특성을 효과적으로 개선할 수 있었다. 2, a trapezoidal resistive stub 500 is connected to the connection portion of the feed line 300 including the radiating element and the meander structure 600 to which the upper load is applied, And the input impedance was adjusted by changing the width r w of the stub. As r w changes, the radiation resistance r 1 of the radiating element changes. As a result, as shown in FIG. 8, the input impedance can be adjusted and the bandwidth can be improved. In FIG. 8 (a), it can be seen that the input impedance has a value close to 50 ohms as r w increases, so that the impedance matching performance in the low frequency band can be improved. However, it can be seen that as the r w increases, the effect on the input reflection coefficient decreases, which means that improving the impedance performance of the trapezoidal resistive stub 500 may be somewhat limited. Particularly, in one embodiment of the present invention, by applying the meander structure 600 and the trapezoidal resistive stub 500 simultaneously to the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10, It can be effectively improved.

또한, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 밸런스드 전송선(balanced transmission line) 구조를 구현하기 위하여, 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 급전부에 화살촉-형상 발룬(700)이 추가되었다. 상기 발룬의 개념은 마이크로스트립 전송선에서 임피던스 매칭을 위하여 사용될 수 있는 클로펜슈테인 마이크로스트립 테이퍼드 라인(Klopfenstein microstrip tapered line)을 기반으로 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)에 적용할 수 있도록 수정되었다. 특히, 상기 발룬 구조는 전송선에서 동축선 전송 모드(마이크로스트립 전송선에서의 quasi-TEM)에서 밸런스드 라인 전송 모드(full TEM)로 점진적으로 변환하기 위하여 적용되었으며, 이에 따라 밸런스드 전송선이 언밸런스드 동축선에 용이하게 연결될 수 있게 된다.2, an arrowhead-shaped balun 700 is added to the feeding portion of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 to implement a balanced transmission line structure. The concept of the balun can be applied to an algebraic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 based on a Klopfenstein microstrip tapered line that can be used for impedance matching in a microstrip transmission line. . In particular, the balun structure has been applied for progressive conversion from a coaxial transmission mode (quasi-TEM in a microstrip transmission line) to a full-line transmission mode (full TEM) in a transmission line so that the balanced transmission line is connected to an unbalanced coaxial line So that it can be easily connected.

도 9에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 제작 샘플의 사진을 보여주고 있다. 도 9에서 평면 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)는 282mm x 194mm x 0.508mm(L x W x H)의 Rogers RO4003 기판(εr=3.55 and tanδ=0.0027)(400)을 사용하여 제작되었다. 제작된 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)는 50개의 방사소자 및 이에 연결되는 급전선(300) 및 입력 단자로 동작하는 발룬(700)을 포함하여 구성되었으며, 0.508mm 두께의 기반 상하면에 인쇄되어 제작되었다. 동축선 및 발룬을 거쳐 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)를 급전할 수 있으며, 이때 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 동축선은 급전선(300)의 하부를 따라 솔더링(soldering)될 수 있으며, 내부 도체(inner conductor)는 급전선(300) 종단의 홀(hole)을 통해 급전선의 상부로 연결될 수 있다.FIG. 9 shows a photograph of a production sample of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 according to an embodiment of the present invention. 9, a planar logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 is fabricated using a Rogers RO4003 substrate (? R = 3.55 and tan? = 0.0027) (400) of 282 mm x 194 mm x 0.508 mm (L x W x H) . The manufactured LPDA antenna 10 includes 50 radiating elements and a feeder line 300 connected thereto and a balun 700 acting as an input terminal. Respectively. (LPDA) antenna 10 through the coaxial line and the balun, as shown in FIG. 9, the coaxial line is soldered along the lower portion of the feeder line 300 And an inner conductor may be connected to the upper portion of the feeder line through a hole at the end of the feeder line 300.

제작된 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)는 레이돔(radome)을 장착하거나 제거한 상태에서 측정되었다. 본 발명의 일 실시예에 따라 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10) 제작에 적용된 최적 설계 파라미터는 아래의 표 2에 기재된 바와 같다.The manufactured logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 was measured with a radome mounted or removed. The optimal design parameters applied to manufacture the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 according to an embodiment of the present invention are as shown in Table 2 below.

D[dBi]D [dBi] ττ σσ α[°]α [°] NN 1[mm]1 [mm] 9.59.5 0.9350.935 0.060.06 13.5813.58 5050 193.5193.5

이어서, 제작된 평면 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)에 대하여 방사 패턴, 입력 반사 계수 및 이득이 측정되어 분석되었다.The radiation pattern, input reflection coefficient and gain were then measured and analyzed for the fabricated planar logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10.

도 10에서는 제작된 평면 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)에 대한 입력 반사 계수 및 이득의 시뮬레이션 결과치 및 측정치를 비교하여 도시하고 있다. 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 입력 반사 계수의 측정치는 다소 의아하게도 시뮬레이션 결과치보다 대체로 우수한 결과를 나타내고 있다. 즉, 도 10(a)를 살펴보면, 입력 반사 계수의 시뮬레이션 결과 그래프는 0.55~8.5GHz 주파수 범위에서 -10dB 이하의 값을 보여주는 반면, 입력 반사 계수의 측정치 그래프는 0.4 ~ 9.7GHz 주파수 범위에서 -10dB 이하의 값을 보여준다. In FIG. 10, simulation results and measured values of the input reflection coefficient and gain for the planar logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 are compared and shown. As shown in Fig. 10 (a), the measured value of the input reflection coefficient shows a somewhat unexpectedly superior result to the simulation result. 10 (a), the simulation result of the input reflection coefficient shows a value of less than -10 dB in the frequency range of 0.55 to 8.5 GHz, while the measured value of the input reflection coefficient is -10 dB in the frequency range of 0.4 to 9.7 GHz The following values are shown.

상기와 같은 넓은 임피던스 대역폭 특성(특히 저주파 대역을 포함하여)은 안테나 구조에 임피던스 매칭을 위하여 미앤더(meander) 구조(600) 및 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)(500)의 적용에 따른 것이라고 할 수 있다.Such a wide impedance bandwidth characteristic (particularly including the low frequency band) is said to be due to the application of a meander structure 600 and a trapezoidal resistive stub 500 to the antenna structure for impedance matching .

보다 구체적으로 저주파 대역에서의 제1 다이폴 방사소자(100)의 길이를 줄이기 위하여 제1 상부 부하 구조(200)를 적용하는 경우, 저주파 대역에서 품질 계수(Q-factor)가 증가하면서 임피던스 대역폭(impedance bandwidth)이 줄어들 수 있는 바, 상기 미앤더(meander) 구조(600) 및 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)(500)를 적용함으로써 효과적으로 저주파 대역을 포함한 임피던스 매칭 특성을 개선하고 대역폭 특성을 개선할 수 있게 된다.More specifically, when the first upper load structure 200 is applied to reduce the length of the first dipole radiating element 100 in the low frequency band, the quality factor (Q-factor) increases in the low frequency band while the impedance bandwidth the meander structure 600 and the trapezoidal resistive stub 500 can be effectively used to improve the impedance matching characteristic including the low frequency band and to improve the bandwidth characteristic. .

도 11a 및 도 11b에서는 제작된 평면 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 E-평면 및 H-평면에 대한 0.55GHz, 0.8GHz, 0.95GHz, 3.5GHz, 5GHz 및 9GHz에서의 방사 패턴 측정치 및 시뮬레이션 결과치를 도시하고 있으며, 전체 주파수 대역에 대하여 방사 패턴 측정치가 시뮬레이션 결과치와 잘 일치한다는 점을 확인할 수 있다. 또한, 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 방사 패턴 측정치를 볼 때, 레이돔을 장착하는 경우 2.48 ~ 7.89 dBi 범위의 이득을 가지는 바, 레이돔을 장착하지 않는 경우의 -1.20 ~ 7.94dBi보다 높은 이득을 가진다는 것을 알 수 있다. 레이돔을 장착하는 경우 이득이 높아지는 것은 주로 레이돔에 의한 방향성(directivity)의 증가에 기인한다고 할 수 있다. 따라서, 방사 패턴 성능의 개선을 주로 레이돔에 의한 방향성의 증가에 따른 것이며, 이는 도 10(b)의 안테나 이득에 대한 그래프를 보더라도 확인할 수 있다.11A and 11B show radiation pattern measurements at 0.55 GHz, 0.8 GHz, 0.95 GHz, 3.5 GHz, 5 GHz and 9 GHz for the E-plane and H-plane of the fabricated planar logarithmic periodic dipole array (LPDA) And simulation results, and it can be seen that the radiation pattern measurement is in good agreement with the simulation results for the entire frequency band. In addition, when the radiation pattern measurement of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10 is viewed, the radome has a gain in the range of 2.48 to 7.89 dBi when mounted with a radome, which is greater than -1.20 to 7.94 dBi And it has a high gain. The increase in the gain when the radome is mounted is mainly due to the increase in the directivity due to the radome. Therefore, the improvement of the radiation pattern performance is mainly due to the increase of the directionality by the radome, and this can be confirmed from the graph of the antenna gain of FIG. 10 (b).

본 발명의 일 실시예로서, 잔향 챔버(reverberation chamber)에서의 소스 안테나 등으로 사용될 수 있는, 0.55GHz ~ 9GHz 주파수 대역에서 동작하는 고이득 소형 평면 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)가 설계되고 제작되었다. 통상의 표준 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)와 대비할 때, 안테나의 길이 및 폭은 각각 약 27% 및 20% 를 줄일 수 있었다. 상부 부하(top-loading) 구조 및 매우 작은 스페이싱 팩터가 사용되어 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 크기를 효과적으로 줄일 수 있었다. 또한, 미앤더(meander) 구조(600) 및 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)(500)가 함께 적용되어 저주파 대역에서의 임피던스 매칭 특성을 효과적으로 개선할 수 있었고, 이에 따라 대수 주기 다이폴 배열(LPDA) 안테나(10)의 임피던스 대역폭 성능을 개선할 수 있었다.As an embodiment of the present invention, a high gain small planar algebraic dipole array (LPDA) antenna 10 operating in the 0.55 GHz to 9 GHz frequency band, which can be used as a source antenna in a reverberation chamber, Respectively. When compared to a typical standard logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10, the length and width of the antenna could be reduced by about 27% and 20%, respectively. A top-loading structure and a very small spacing factor could be used to effectively reduce the size of the logarithmic periodic dipole array (LPDA) antenna 10. In addition, the meander structure 600 and the trapezoidal resistive stub 500 can be applied together to effectively improve the impedance matching characteristic in the low frequency band, The impedance bandwidth performance of the antenna 10 can be improved.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to illustrate the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 대수 주기 다이폴 배열 안테나
100 : 제1 다이폴 방사소자
110 : 제1 모노폴 방사소자
120 : 제2 모노폴 방사소자
200 : 제1 상부 부하 구조
210 : 제1 브랜치 라인
220 : 제2 브랜치 라인
230 : 제3 브랜치 라인
250 : 제2 상부 부하 구조
300 : 급전선
310 : 제1 급전선
320 : 제2 급전선
400 : 기판
500 : 사다리꼴 저항 스터브
600 : 미앤더 구조
700 : 화살촉-형상 발룬
10: Algebraic Cycle Dipole Array Antenna
100: first dipole radiating element
110: first monopole radiating element
120: second monopole radiating element
200: first upper load structure
210: first branch line
220: second branch line
230: third branch line
250: second upper load structure
300: Feeder
310: first feeder line
320: second feeder line
400: substrate
500: Trapezoidal resistance stub
600: Meander structure
700: Arrowhead - Shape balun

Claims (5)

복수의 다이폴 방사소자를 포함하는 대수 주기 다이폴 배열 안테나에 있어서,
제1 다이폴 방사소자의 일측 종단에서 양측으로 분기(branch)되는 제1 브랜치 라인과,
상기 제1 브랜치 라인의 양 종단에서 상기 제1 다이폴 방사소자의 타측 종단 방향으로 벤딩(bending)되는 제2 브랜치 라인, 및
상기 제2 브랜치 라인의 종단에서 상기 제 다이폴 방사소자 방향으로 벤딩(bending)되면서 상기 제1 다이폴 방사소자와 오픈(open) 구조를 이루어 부가적인 캐패시턴스 성분을 생성하여 임피던스 정합 특성을 개선하는 제3 브랜치 라인을 포함하는 제1 상부 부하(top-loading) 구조를 구비하는 하나 이상의 다이폴 방사소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 대수 주기 다이폴 배열 안테나.
1. A logarithmic periodic dipole array antenna comprising a plurality of dipole radiating elements,
A first branch line branching from one end of the first dipole radiating element to both sides,
A second branch line bending from both ends of the first branch line toward the other end of the first dipole radiating element,
A third branch that bends from the end of the second branch line toward the first dipole radiating element and forms an open capacitance with the first dipole radiating element to generate an additional capacitance component to improve the impedance matching characteristic, Wherein the antenna comprises at least one dipole radiating element having a first top-loading structure including a line.
제1항에 있어서,
상기 제1 다이폴 방사소자는,
기판 상면의 제1 급전선에서 분기되는 제1 모노폴 방사소자와,
기판 하면의 제2 급전선에서 분기되는 제2 모노폴 방사소자를 포함하며,
상기 제1 상부 부하 구조는 상기 제1 모노폴 방사소자 및 제2 모노폴 방사소자의 양측 종단에 대칭적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 대수 주기 다이폴 배열 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the first dipole radiating element comprises:
A first monopole radiating element that branches off from a first feed line on an upper surface of a substrate,
And a second monopole radiating element that branches off from a second feed line on the bottom surface of the substrate,
Wherein the first upper load structure is symmetrically provided at both ends of the first monopole radiating element and the second monopole radiating element.
제2항에 있어서,
상기 제1 모노폴 방사소자의 제1 급전선에 대한 연결 부위 및 상기 제2 모노폴 방사소자의 제2 급전선에 대한 연결 부위에는 사다리꼴 저항 스터브(trapezoidal resistive stub)가 구비되는 것을 특징으로 하는 대수 주기 다이폴 배열 안테나.
3. The method of claim 2,
Wherein a trapezoidal resistive stub is provided at a connection site of the first monopole radiating element to the first feeder line and a connection site of the second monopole radiating element to the second feeder line. .
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 다이폴 방사소자를 급전하는 급전선은 미앤더(meander) 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 대수 주기 다이폴 배열 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the feed line feeding the at least one dipole radiating element comprises a meander structure.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 다이폴 방사소자를 급전하는 급전선은 화살촉-형상 발룬(arrow-shape balun) 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 대수 주기 다이폴 배열 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the feed line feeding the at least one dipole radiating element comprises an arrow-shaped balun structure.
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