KR20200059492A - Broadband array patch antenna for communication systems - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 패치 배열 안테나에 관한 것으로, 격리도가 향상된 고이득 광대역 패치 배열 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a patch array antenna, and to a high gain broadband patch array antenna with improved isolation.
최근, 통신시스템에 있어서 송수신자 간에 더 높은 질의 정보를 더 빠르게 주고받고자 하는 요구가 증가함에 따라, 모바일 및 무선 통신 기술들이 발전하고 있다. 높은 품질의 신호를 더 빠르게 주고받기 위해서는 통신 범위를 형성하는 기지국이 필요하나, 터널, 빌딩과 같이 음영지역이 많은 도시와 같은 장소에서는 신호의 품질이 저하된다. 따라서 최근 통신 시스템에서는 높은 통신 품질을 유지한 채 통신 범위를 증가시키기 위해서는 비용이 저렴하고 이득이 높은 별도의 통신 시스템 설치가 요구된다.2. Description of the Related Art In recent years, mobile and wireless communication technologies have been developed as the demand for transmitting and receiving higher query information between transceivers in a communication system increases rapidly. In order to send and receive high-quality signals more quickly, base stations forming a communication range are required, but the quality of the signal deteriorates in places such as cities with many shaded areas such as tunnels and buildings. Therefore, in a recent communication system, in order to increase the communication range while maintaining high communication quality, a separate communication system with low cost and high gain is required.
그러나 기존 안테나의 급전으로서는 CPW, U 자형, L 프로브 형식 등의 직접 급전방식이 이용되어 왔으나 급전 방식 자체만으로 다중대역 특성을 갖기 어렵다는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 급전 선로와 안테나 패치 간에 0.3 mm 정도의 공간을 갖는 갭 급전 방식을 이용하여 광대역 특성을 구현하였다. However, as a conventional antenna feeding method, a direct feeding method such as CPW, U-shaped or L probe type has been used, but there is a problem that it is difficult to have a multi-band characteristic by using the feeding method itself. Therefore, in the present invention, a broadband characteristic is implemented using a gap feeding method having a space of about 0.3 mm between the feeding line and the antenna patch.
배열안테나는 각 패치 간 발생하는 상호결합을 줄이기 위해 격리도 개선이 요구되나, 기존의 격리도 개선 방법인 물리적 거리 확보는 구조물 자체의 크기를 증가시킨다. 또한 패치 간격이 넓어짐에 따라 안테나의 방사패턴은 본래 의도와 다르게 형성되어 불필요한 부엽이 발생할 수 있다. Array antennas require improved isolation to reduce cross-linking between patches, but securing the physical distance, which is an existing method of improving isolation, increases the size of the structure itself. In addition, as the patch interval is widened, the radiation pattern of the antenna is formed differently from the original intention, and unnecessary side lobes may occur.
즉 기존의 패치 배열 안테나는 격리도 개선으로 인해 크기가 크고 급전으로 인해 대역폭이 좁다.That is, the existing patch array antenna has a large size due to improved isolation and a narrow bandwidth due to power feeding.
본 발명의 목적은 격리도가 향상된 고이득 광대역 패치 배열 안테나를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a high gain broadband patch array antenna with improved isolation.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 배열 안테나는 제1 기판; 상기 제1 기판의 상면에 배치되는 다수의 패치; 상기 제1 기판의 상면에 형성되어, 상기 다수의 패치로 간접 갭 급전 방식으로 신호를 공급하는 급전 선로; 상기 제1 기판의 하면에 형성되고, 상기 다수의 패치 사이에 슬릿이 형성되는 접지면; 및 상기 제1 기판의 하면으로부터 λ/4 이격되어 형성되어 반사기로 기능하는 제2 기판; 을 포함한다.Patch array antenna according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a first substrate; A plurality of patches disposed on an upper surface of the first substrate; A feed line formed on an upper surface of the first substrate to supply a signal in an indirect gap feeding method to the plurality of patches; A ground surface formed on a lower surface of the first substrate and having a slit between the plurality of patches; And a second substrate formed at a distance of λ / 4 from the lower surface of the first substrate to function as a reflector; It includes.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 패치 배열 안테나는 간접 갭 급전 방식을 사용함으로써 추가 공진에 의한 광대역을 구현할 수 있다. 또한 안테나의 그라운드에 슬릿을 내어 추가적인 크기 증가 없이 격리도를 개선할 수 있으며, 반사기를 장착함으로써 최대이득 및 전ㅇ후방 비를 개선할 수 있다.Therefore, the patch array antenna according to the embodiment of the present invention can implement a broadband by additional resonance by using an indirect gap feeding method. In addition, by slitting the ground of the antenna, it is possible to improve the isolation without additional size increase, and by installing a reflector, the maximum gain and front and rear ratio can be improved.
도1 및 도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 배열 안테나의 상면도 및 측면도를 나타낸다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸다.
도4 는 패치 길이의 변화에 따른 반사 계수 변화를 나타낸다.
도5 는 패치와 급전 부 간의 공간 너비 변화에 따른 반사계수 변화를 나타낸다.
도6 은 직접 급전 방식과 간접 급전 방식에 따른 반사계수 변화를 나타낸다.
도7 은 그라운드의 슬릿 유무에 따른 투과계수 비교를 나타낸다.
도8 은 슬릿의 길이 변화에 따른 투과계수의 변화를 나타낸다.
도9 내지 도11 은 주파수별 반사기와 안테나간 거리의 변화에 따른 yz 평면 방사패턴을 나타낸다.1 and 2 show a top view and a side view of a patch array antenna according to an embodiment of the present invention.
3 shows a reflection coefficient of a patch array antenna according to an embodiment of the present invention.
4 shows a change in reflection coefficient according to a change in patch length.
5 shows the change of the reflection coefficient according to the change in the spatial width between the patch and the feeding part.
6 shows a change in the reflection coefficient according to the direct feeding method and the indirect feeding method.
7 shows a comparison of transmission coefficients depending on the presence or absence of slits in the ground.
8 shows the change of the transmission coefficient according to the change in the length of the slit.
9 to 11 show the yz plane radiation pattern according to the change in the distance between the reflector and antenna for each frequency.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the described embodiments. And, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part “includes” a certain component, it means that the component may further include other components, not to exclude other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as "... part", "... group", "module", and "block" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware or software or hardware. And software.
도1 및 도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 배열 안테나의 상면도 및 측면도를 나타낸다.1 and 2 show a top view and a side view of a patch array antenna according to an embodiment of the present invention.
도1 을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템용 패치 배열 안테나는 기판1 과 기판2로 구성되며 기판1은 안테나, 기판 2는 반사기 역할을 한다. 기판 1의 윗면은 단일 패치가 1x4로 배열되어 있으며 4개의 패치, 급전 선로, 커넥터로 구성된다. 기판 1의 후면은 그라운드로서 각 패치 사이의 위치에 슬릿이 내어져 있다. 기판 2는 반사기로서 후엽 최소화와 이득 최대화를 위해 중심주파수의 약 λ/4 만큼 띄어져 있고 금속 볼트와 너트로 고정된다.Referring to FIG. 1, a patch array antenna for a communication system according to an embodiment of the present invention includes a
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸다.3 shows a reflection coefficient of a patch array antenna according to an embodiment of the present invention.
도3 에 도시된 바와 같이, -10 dB 반사계수 대역폭이 1.6 ~ 2.32 GHz 대역을 만족하여 GSM 1800, LTE(PCS, UMTS)대역을 포함한다.As shown in FIG. 3, the -10 dB reflection coefficient bandwidth satisfies the 1.6 to 2.32 GHz band and includes a GSM 1800, LTE (PCS, UMTS) band.
도4 는 패치 길이의 변화에 따른 반사 계수 변화를 나타낸다.4 shows a change in reflection coefficient according to a change in patch length.
도4 를 참조하면, 패치의 길이는 공진 주파수에 영향을 주며 길이가 줄어듦에 따라 공진 주파수는 고주파대역으로 이동하고 길어짐에 따라 공진주파수는 낮은 대역으로 이동한다. 따라서 패치의 길이가 46mm 일 때 가장 넓은 -10 dB 반사계수 대역을 갖는다는 것을 알 수 있다.4, the length of the patch affects the resonant frequency, and as the length decreases, the resonant frequency moves to a high frequency band and as it lengthens, the resonant frequency moves to a low band. Therefore, it can be seen that when the length of the patch is 46 mm, it has the widest -10 dB reflection coefficient band.
도5 는 패치와 급전 부 간의 공간 너비 변화에 따른 반사계수 변화를 나타내고, 도6 은 직접 급전 방식과 간접 급전 방식에 따른 반사계수 변화를 나타낸다.5 shows a change in the reflection coefficient according to a change in the spatial width between the patch and the feeding part, and FIG. 6 shows a change in the reflection coefficient according to the direct feeding method and the indirect feeding method.
도5 로부터 너비가 좁아짐에 따라 동작 대역은 더 넓어지는 것을 확인 할 수 있다. 너비가 0.1mm 일 때 가장 넓은 동작 대역을 갖지만 0.3mm 일 때 와 비교 했을 때 큰 차이가 없기 때문에 제작이 더 용이한 0.3 mm를 최적화된 길이로 선택한다.It can be seen from FIG. 5 that the operating band becomes wider as the width becomes narrower. When the width is 0.1mm, it has the widest operating band, but when it is 0.3mm, there is no significant difference, so 0.3mm, which is easier to manufacture, is selected as the optimized length.
한편, 도6 에서 확인 할 수 있듯이 간접 갭 급전 방식을 이용했을 때 직접 급전 방식에 비해 추가 공진이 발생하여 동작 주파수 대역이 더 넓어짐을 확인 할 수 있다.On the other hand, as can be seen in Figure 6, when using the indirect gap feeding method, it can be confirmed that the operating frequency band is wider due to the additional resonance occurring compared to the direct feeding method.
도7 은 그라운드의 슬릿 유무에 따른 투과계수 비교를 나타낸다.7 shows a comparison of transmission coefficients depending on the presence or absence of slits in the ground.
도7 을 참조하면, 슬릿 추가 시, 동작 대역에서 투과계수가 -20 dB 이하를 만족하여 패치배열 안테나로서 사용하기에 용이하다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that when the slit is added, the transmission coefficient in the operating band satisfies -20 dB or less and is easy to use as a patch array antenna.
도8 은 슬릿의 길이 변화에 따른 투과계수의 변화를 나타낸다.8 shows the change of the transmission coefficient according to the change in the length of the slit.
슬롯의 길이가 길어짐에 따라 격리도가 개선되는 것처럼 보이나, 최적화된 길이인 34.7 mm 보다 더 길어지면 상호결합이 증가함에 따라 1.7 - 2.17 GHz에서 격리도가 매우 악화됨을 확인 할 수 있다. 따라서 슬릿의 길이가 34.7 mm 일 때 최적화된 격리도 값을 갖는다.As the length of the slot increases, the isolation level seems to improve, but if the length is longer than the optimized length of 34.7 mm, the isolation level deteriorates at 1.7 to 2.17 GHz as the interconnection increases. Therefore, when the slit is 34.7 mm long, it has an optimized isolation value.
도9 내지 도11 은 주파수별 반사기와 안테나간 거리의 변화에 따른 yz 평면 방사패턴을 나타낸다.9 to 11 show the yz plane radiation pattern according to the change in the distance between the reflector and antenna for each frequency.
도9 내지 도11 은 각각 1.755 GHz, 1.97 GHz, 2.16 GHz에서 반사기와 안테나간 거리 h의 변화에 따른 yz 평면 방사패턴을 나타내며, 최적화된 거리는 34.7 mm 로서, 반사기에서 반사되어 향하는 파가 본래의 방향으로 나아가는 파와 동위상이 되도록 하기 위해 중심주파수의 약 0.28λ가 되는 거리로 위치하였다. 1.755 GHz, 1.97 GHz, 2.16 GHz에서의 최대이득은 각각 10.14 dBi, 10.58 dBi, 11.69 dBi이며, 전·후방 비는 각각 11.09 dB, 14.81 dB, 27.23 dB 로서 통신 시스템용 안테나로서 적합한 안테나이다.9 to 11 respectively show the yz plane radiation pattern according to the change in the distance h between the reflector and the antenna at 1.755 GHz, 1.97 GHz, and 2.16 GHz, and the optimized distance is 34.7 mm, where the reflected wave from the reflector is directed in the original direction. It was located at a distance of about 0.28λ of the center frequency in order to be in-phase with the wave going toward. The maximum gains of 1.755 GHz, 1.97 GHz, and 2.16 GHz are 10.14 dBi, 10.58 dBi, and 11.69 dBi, respectively, and the front and rear ratios are 11.09 dB, 14.81 dB, and 27.23 dB, respectively, which are suitable antennas for communication systems.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (1)
상기 제1 기판의 상면에 배치되는 다수의 패치;
상기 제1 기판의 상면에 형성되어, 상기 다수의 패치로 간접 갭 급전 방식으로 신호를 공급하는 급전 선로;
상기 제1 기판의 하면에 형성되고, 상기 다수의 패치 사이에 슬릿이 형성되는 접지면; 및
상기 제1 기판의 하면으로부터 λ/4 이격되어 형성되어 반사기로 기능하는 제2 기판; 을 포함하는 패치 배열 안테나.A first substrate;
A plurality of patches disposed on an upper surface of the first substrate;
A feed line formed on an upper surface of the first substrate to supply a signal in an indirect gap feeding method to the plurality of patches;
A ground surface formed on a lower surface of the first substrate and having a slit between the plurality of patches; And
A second substrate formed λ / 4 spaced from the lower surface of the first substrate to function as a reflector; Patch array antenna comprising a.
Priority Applications (1)
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| KR1020180144286A KR20200059492A (en) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | Broadband array patch antenna for communication systems |
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|---|---|---|---|---|
| WO2021261797A1 (en) * | 2020-06-23 | 2021-12-30 | 삼성전자 주식회사 | Electronic device comprising uwb antenna and method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100542829B1 (en) | 2003-09-09 | 2006-01-20 | 한국전자통신연구원 | High Gain and Wideband Microstrip Patch Antenna for Transmitting/Receiving and Array Antenna Arraying it |
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2018
- 2018-11-21 KR KR1020180144286A patent/KR20200059492A/en unknown
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|---|---|---|---|---|
| WO2021261797A1 (en) * | 2020-06-23 | 2021-12-30 | 삼성전자 주식회사 | Electronic device comprising uwb antenna and method |
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