KR20200062018A - 안테나 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안테나 구조를 제공하며 안테나 패턴, 접지층 및 2개의 마이크로스트립 라인을 포함한다. 안테나 패턴은 제1부분 및 제2부분을 포함한다. 제1부분은 직사각형이며 제1변, 제2변, 제3변 및 제4변을 포함하고, 제2부분은 제1변 및 제2변으로 구성된 코너로부터 외부를 향해 연장 돌출된다. 접지층은 안테나 패턴 하방에 배치되고 2개의 슬롯을 포함하고, 2개의 슬롯의, 안테나 패턴에 대한 투영은 각각 제3변 및 제4변에 인접한다. 2개의 마이크로스트립 라인은 접지층 하방에 배치되고, 2개의 마이크로스트립 라인의, 안테나 패턴에 대한 투영은 제3변 및 제4변에 수직이고, 접지층에 대한 투영은 2개의 슬롯을 가로지른다. 각각의 마이크로스트립 라인은 제1구간과 제2구간으로 구분되고, 제2구간의, 안테나 패턴에 대한 투영은 제1구간의, 안테나 패턴에 대한 투영보다 제1부분의 중심에 가깝고, 제1구간의 폭은 제2구간의 폭보다 크다.

Description

안테나 구조{ANTENNA STRUCTURE}
본 발명은 안테나 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주파수 대역이 넓고 반사 손실이 우수한 안테나 구조에 관한 것이다.
종래의 슬롯이 결합된 패치 안테나(patch antenna)는 총 3층의 금속층을 구비하며, 중간 금속층은 접지면(ground plane)이고, 상층 금속층은 패치 안테나이고, 하층 금속층은 피딩 마이크로스트립 라인이며, 금속층 사이는 유전체판에 의해 격리된다. 중간 금속층은 하나의 슬롯을 열어 하방에 위치한 마이크로스트립 라인이 입력 신호를 슬롯을 통해 전기장을 결합해 패치 안테나 상에 피딩하도록 한다.
종래의 슬롯이 결합된 패치 안테나는 임피던스 매칭(impedance matching) 조정이 쉽지 않고, 주파수 폭도 상층의 패치 안테나의 크기에서 여기할 수 있는 모드에 제한을 받는다. 따라서 종래의 패치 안테나 설계는 주파수 폭이 좁은 단점이 있는데, 예를 들어 RFID의 미국 규정(0.902GHz~0.928 GHz) 주파수 대역은 이러한 넓은 주파수 대역의 설계 상에서 20dB와 같은 높은 반사 손실의 기준에 도달하기 어렵다.
본 발명은 주파수 대역이 넓고 반사 손실이 우수한 안테나 구조에 관한 것이다.
본 발명은 안테나 구조를 제공하며, 안테나 패턴, 접지층 및 2개의 마이크로스트립 라인을 포함한다. 안테나 패턴은 제1부분 및 제2부분을 포함하고, 제1부분은 직사각형이며, 순서대로 연결된 제1변, 제2변, 제3변 및 제4변을 포함하고, 제2부분은 제1변 및 제2변으로 구성된 코너로부터 외부를 향해 연장 돌출된다. 접지층은 안테나 패턴 하방에 배치되고 2개의 슬롯을 포함하고, 2개의 슬롯의, 안테나 패턴에 대한 투영은 각각 제3변 및 제4변에 인접한다. 2개의 마이크로스트립 라인은 접지층 하방에 배치되고, 2개의 마이크로스트립 라인의, 안테나 패턴에 대한 투영은 제3변 및 제4변에 수직이고, 접지층에 대한 투영은 2개의 슬롯을 가로지르고, 각각의 마이크로스트립 라인은 연장 방향을 따라 제1구간과 제2구간으로 구분되고, 제2구간의 안테나 패턴에 대한 투영은 제1구간의 안테나 패턴에 대한 투영보다 제1부분의 중심에 가깝고, 제1구간의 폭은 제2구간의 폭보다 크다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 안테나 구조는 제1회로판 및 제2회로판을 더 포함한다. 안테나 패턴은 제1회로판의 윗표면에 배치된다. 제2회로판은 제1회로판 하방에 배치되고, 접지층은 제2회로판의 윗표면에 배치되고, 2개의 마이크로스트립 라인은 제2회로판의 아랫표면에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 안테나 구조는 제1회로판과 제2회로판 사이에 배치되는 격리부재를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 안테나 구조는 하나의 주파수 대역에 공진하기 적합하며, 제1회로판과 제2회로판 사이의 간격은 주파수 대역의 0.1배 파장이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제2부분은 L형을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제2부분은 제1변에서 돌출된 길이가 제4변 길이의 0.05 내지 0.1배 사이이고, 제2변에서 돌출된 길이가 제3변 길이의 0.05 내지 0.1배 사이이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 안테나 구조는 하나의 주파수 대역에 공진하기 적합하고, 각 마이크로스트립 라인의 길이는 주파수 대역의 0.2 내지 0.3배 파장 사이이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 각 마이크로스트립 라인의 제1구간의 폭은 제2구간 폭의 1.1 내지 2배 사이이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 각 슬롯의 연장 방향은 대응하는 마이크로스트립 라인의 연장 방향에 수직이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 마이크로스트립 라인 중 하나의 연장 방향은 다른 하나의 연장 방향에 수직이다.
상기 내용에 따르면, 본 발명의 안테나 구조는 마이크로스트립 라인 제1구간의 폭이 제2구간의 폭보다 크게 설계함으로써 임피던스 매칭을 조정할 수 있고, 본 발명의 안테나 구조를 적용한 안테나 패턴은 제2부분이 제1변과 제2변에 의해 형성되는 코너로부터 외부를 향해 연장 돌출되기 때문에, 본 발명의 안테나 구조는 안테나의 주파수 대역이 넓고 반사 손실이 우수하다.
본 발명의 상기 특징과 장점에 대한 명확하고 쉬운 이해를 위해 이하에서는 실시예과 첨부 도면을 통해 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조의 조감도이다.
도 2는 도 1의 안테나 구조의 단면도이다.
도 3은 도 1의 안테나 구조의 제1회로판의 조감도이다.
도 4는 도 1의 안테나 구조의 제2회로판의 조감도이다.
도 5는 도 1의 안테나 구조의 제2회로판의 저면도이다.
도 6은 도 1의 안테나 구조의 주파수-반사 손실의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조의 조감도이다. 도 2는 도 1의 안테나 구조의 단면도이다. 도 1에서 접지층(120)과 마이크로스트립 라인(130)은 모두 안테나 패턴(110)의 하방에 위치하기 때문에 점선으로 표시하였다. 또한 도 2의 단면은 도1에서 절곡된 점선을 따르는 단면의 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 안테나 구조(100)는 이중 피딩 슬롯 결합 마이크로스트립 라인 패치 안테나를 예로 들어 설명하나, 안테나 구조(100)의 종류는 이에 제한되지 않는다. 본 실시예에서 안테나 구조(100)는 주파수 대역이 넓고 반사 손실이 우수하다는 효과를 나타내며 여러 가지 다른 형식의 RFID 리더기에 응용하기에 적합하다. 안테나 구조(100)의 응용 주파수 대역은 예를 들어 0.902GHz 내지 0.928 GHz이다. 물론 안테나 구조(100)의 응용과 주파수 대역은 이에 한정되지 않는다.
도 2에서 알 수 있듯이, 본 실시예의 안테나 구조(100)는 위로부터 아래까지의 안테나 패턴(110), 접지층(120) 및 2개의 마이크로스트립 라인(130)을 포함한다. 도 3은 도1의 안테나 구조(100)의 제1회로판의 조감도이다. 도1 및 도3을 참조하면, 본 실시예에서 안테나 패턴(110)은 예를 들어 패치 안테나이다. 도 1에서 도시하는 바와 같이, 안테나 패턴(110)은 제1부분(112) 및 제2부분(118)을 포함하고, 제1부분(112)은 직사각형으로서 예를 들어 장방형 또는 정방형이다. 제1부분(112)은 순서대로 서로 연결된 제1변(113), 제2변(114), 제3변(115) 및 제4변(116)을 포함하고, 제2부분(118)은 제1변(113)과 제2변(114)으로 형성된 코너로부터 외부를 향해 연장 돌출된다.
안테나 패턴(110)의 제2부분(118)은 제1부분(112)에서 공진하는 주파수 대역을 약간 저주파수로 바이어스시키나 전체 주파수 대역을 넓히는 데 사용할 수 있다. 본 실시예에서 제2부분(118)은 예를 들어 L형이다. 당연히 제2부분(118)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 기타 실시예에서 제2부분(118)은 3/4개 원형 (three-quarter-circle type), 톱니형, 호형 또는 불규칙형일 수도 있다. 도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서 제2부분(118)은 제1변(113)에서 돌출된 길이 (L2)가 제4변(116) 길이(L1)의 0.05 내지 0.1배이고, 제2부분(118)은 제2변(114)에서 돌출된 길이(L4)가 제3변(115) 길이(L3)의 0.05 내지 0.1배이다. 실험에 따르면, 상기 길이 관계는 안테나 구조(100)에 보다 우수한 임피던스 매칭 효과를 가져다 줄 수 있다. 당연히 길이(L1, L2)의 관계는 이에 한정되지 않는다.
도 4는 도 1의 안테나 구조의 제2회로판의 조감도이다. 도 1 및 4에서 도시하는 바와 같이, 접지층(120)은 안테나 패턴(110)의 하방에 배치된다. 접지층(120)은 금속층이고 2개의 슬롯(122)을 포함한다. 도 1에서 알 수 있듯이, 2개의 슬롯(122)의 안테나 패턴(110)에 대한 투영은 각각 제3변(115)과 제4변(116)에 인접하다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 2개의 마이크로스트립 라인(130)은 접지층(120) 하방에 배치된다. 도 5는 도 1의 안테나 구조의 제2회로판의 조감도이다. 도 1 및 5에서 도시하는 바와 같이, 2개의 마이크로스트립 라인(130)의 안테나 패턴(110)에 대한 투영은 제3변(115)과 제4변(116)에 수직이고, 2개의 마이크로스트립 라인(130)의 접지층(120)에 대한 투영은 2개의 슬롯(122)을 가로지른다. 본 실시예에서 각각의 마이크로스트립 라인(130)은 연장 방향을 따라 제1구간(132)과 제2구간(134)으로 구분되고, 제2구간(134)의 안테나 패턴(110)에 대한 투영은 제1구간(132)의 안테나 패턴(110)에 대한 투영보다 제1부분(112)의 중심에 가깝고, 제1구간(132)의 폭은 제2구간(134)의 폭보다 크다.
본 실시예의 안테나 구조(100)는 마이크로스트립 라인(130)에 의하여 안테나 패턴(110)에 대한 투영이 제3변(115)과 제4변(116)을 가로지르는 위치에 배치되며, 마이크로스트립 라인(130)의 제1구간(132)의 폭이 제2구간(134)의 폭보다 큰 설계를 채택함으로써 임피던스 매칭을 조정할 수 있다. 상기 설계에 탑재되는 안테나 패턴(110)은 제2부분(118)을 제1변(113)과 제2변(114)에 의해 형성된 코너로부터 외부를 향해 연장 돌출되도록 하여, 안테나 구조(100)의 안테나가 주파수 대역이 넓고 반사 손실이 우수하도록 만든다.
본 실시예에서 하나의 마이크로스트립 라인(130)의 연장 방향은 다른 하나의 마이크로스트립 라인(130)의 연장 방향에 수직이고, 각 슬롯(122)의 연장 방향은 대응하는 마이크로스트립 라인(130)의 연장 방향에 수직이다. 당연히 다른 실시예에서 2개의 마이크로스트립 라인(130)의 연장 방향은 이에 한정되지 않으며, 각 슬롯(122)의 연장 방향과 대응하는 마이크로스트립 라인(130)의 연장 방향 간의 관계도 이에 한정되지 않는다.
다시 도 2를 참조하면, 본 실시예에서 안테나 구조(100)는 제1회로판(140), 제2회로판(150) 및 격리부재(160)를 더 포함한다. 안테나 패턴(110)은 제1회로판(140)의 윗표면(142)에 배치된다. 제2회로판(150)은 제1회로판(140) 하방에 배치된다. 접지층(120)은 제2회로판(150)의 윗표면(152)에 배치되고, 2개의 마이크로스트립 라인(130)은 제2회로판(150)의 아랫표면(154)에 배치된다. 격리부재(160)는 제1회로판(140)과 제2회로판(150) 사이에 배치되어 제1 회로판(140)과 제2회로판(150)을 격리시키고, 안테나 패턴(110)과 접지층(120)을 특정 거리로 유지시킨다. 본 실시예에서 격리부재(160)는 예를 들어 플라스틱 기둥이나, 격리부재(160)의 종류는 이에 한정되지 않는다.
본 실시예에서 안테나 구조(100)는 하나의 주파수 대역(예를 들어 0.902GHz 내지 0.928GHz)에 공진하기 적합하며, 제1회로판(140)과 제2회로판(150) 사이의 간격은 약 상기 주파수 대역의 0.1배 파장이며, 약 5 내지 10mm이다.
주목할 점은, 기타 실시예에서 안테나 구조(100)는 단일 회로판의 설계일 수도 있다는 것이다. 즉, 안테나 패턴(110), 접지층(120) 및 2개의 마이크로스트립 라인(130)이 각각 동일한 회로판의 다른 층이고, 안테나 패턴(100)과 접지층(120) 사이 및 접지층(120)과 2개의 마이크로스트립 라인(130) 사이는 2개의 유전체층을 통해 격리된다. 안테나 패턴(100)과 접지층(120) 사이 유전체층의 두께는 안테나 구조(100)에서 공진하는 주파수 대역의 0.1배 파장일 수 있다.
또한 도 5에서 알 수 있듯이, 본 실시예에서 각 마이크로스트립 라인(130)의 길이는 주파수 대역의 0.2배 내지 0.3배 파장이며, 예를 들어 0.25배 파장이고, 각 마이크로스트립 라인(130)의 제1구간(132)의 폭은 제2구간(134) 폭의 1.1 내지 2배이다. 테스트에 따르면, 마이크로스트립 라인(130)이 상기 범위 내에 있을 때 안테나 구조(100)가 비교적 바람직한 반사 손실을 구비한다.
도 6은 도 1의 안테나 구조의 주파수-반사 손실(return loss)의 개략도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에서 안테나 구조(100)는 마이크로스트립 라인(130)이 제2회로판(159)의 가장자리 부위에서 피딩하며, 2개의 마이크로스트립 라인(130)이 있기 때문에 안테나 구조(100)가 2개의 피딩 단부를 구비한다. 도 1에서 하방에 위치하는 피딩 단부(즉, 하방의 마이크로스트립 라인(130)의 제2회로판(150) 가장자리로부터의 부위)에서 획득한 공진 모드는 굵은 선으로 표시하였으며, 안테나 구조(100)가 도 1에서 좌측에 위치한 피딩 단부(즉, 좌측의 마이크로스트립 라인(130)의 제2회로판(150) 가장자리로부터의 부위)에서 획득한 공진 모드는 가는 선으로 표시하였다. 도 6에서 알 수 있듯이, 0.902GHz 내지 0.928GHz 구간에서 2개의 피딩 단부에서 획득한 공진 모드의 반사 손실은 모두 20dB이상으로 우수한 효과를 나타낸다.
상기 내용을 종합하면, 본 발명의 안테나 구조는 마이크로스트립 라인의 제1구간의 폭이 제2구간의 폭보다 큰 설계를 채택하기 때문에 임피던스 매칭을 조정할 수 있고, 본 발명의 안테나 구조를 적용한 안테나 패턴은 제2부분이 제1변과 제2변에 의해 형성되는 코너로부터 외부를 향해 연장 돌출되기 때문에, 본 발명의 안테나 구조는 안테나의 주파수 대역이 넓고 반사 손실이 우수하다.
상기 실시예를 통해 본 발명을 개시하였으나 이는 본 발명을 한정하지 않으며, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 본 발명의 과 범위 내에서 약간의 변동과 개선을 진행할 수 있다. 본 발명의 보호범위는 첨부한 청구범위를 기준으로 한다.
I: 간격
L1, L2, L3, L4, L5: 길이
W1, W2: 폭
100: 안테나 구조
110: 안테나 패턴
112: 제1부분
113: 제1변
114: 제2변
115: 제3변
116: 제4변
118: 제2부분
120: 접지층
122: 슬롯
130: 마이크로스트립 라인
132: 제1구간
134: 제2구간
140: 제1회로판
142: 윗표면
150: 제2회로판
152: 윗표면
154: 아랫표면
160: 격리부재

Claims (10)

  1. 안테나 패턴, 접지층 및 2개의 마이크로스트립 라인을 포함하고,
    상기 안테나 패턴은 제1부분 및 제2부분을 포함하고, 제1부분은 직사각형이며 순서대로 연결된 제1변, 제2변, 제3변 및 제4변을 포함하고, 상기 제2부분은 상기 제1변 및 상기 제2변으로 구성된 코너로부터 외부를 향해 연장 돌출되고,
    상기 접지층은 상기 안테나 패턴 하방에 배치되고 2개의 슬롯을 포함하고, 상기 2개의 슬롯의, 상기 안테나 패턴에 대한 투영은 각각 상기 제3변 및 상기 제4변에 인접하고,
    상기 2개의 마이크로스트립 라인은 상기 접지층 하방에 배치되고, 상기 2개의 마이크로스트립 라인의, 상기 안테나 패턴에 대한 투영은 상기 제3변 및 상기 제4변에 수직이고, 상기 접지층에 대한 투영은 상기 2개의 슬롯을 가로지르고, 상기 마이크로스트립 라인 각각은 연장 방향을 따라 제1구간과 제2구간으로 구분되고, 상기 제2구간의, 상기 안테나 패턴에 대한 투영은 상기 제1구간의, 상기 안테나 패턴에 대한 투영보다 상기 제1부분의 중심에 가깝고, 상기 제1구간의 폭은 상기 제2구간의 폭보다 큰 안테나 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    제1회로판 및 제2회로판을 더 포함하고,
    상기 안테나 패턴은 상기 제1회로판의 윗표면에 배치되고,
    상기 제2회로판은 상기 제1회로판 하방에 배치되고, 상기 접지층은 상기 제2회로판의 윗표면에 배치되고, 상기 마이크로스트립 라인은 상기 제2회로판의 아랫표면에 배치되는 안테나 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1회로판과 상기 제2회로판 사이에 배치되는 격리부재를 더 포함하는 안테나 구조.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 안테나 구조는 하나의 주파수 대역에 공진하기 적합하며, 상기 제1회로판과 상기 제2회로판 사이의 간격은 상기 주파수 대역의 0.1배 파장인 안테나 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2부분은 L형인 안테나 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2부분은 상기 제1변에서 돌출된 길이가 상기 제4변 길이의 0.05 내지 0.1배 사이이고, 상기 제2변에서 돌출된 길이가 상기 제3변 길이의 0.05 내지 0.1배 사이인 안테나 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 구조는 하나의 주파수 대역에 공진하기 적합하고, 상기 마이크로스트립 라인 각각의 길이는 상기 주파수 대역의 0.2 내지 0.3배 파장 사이인 안테나 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 라인 각각의 상기 제1구간의 폭은 상기 제2구간 폭의 1.1 내지 2배 사이인 안테나 구조.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯 각각의 연장 방향은 대응하는 상기 마이크로스트립 라인의 연장 방향에 수직인 안테나 구조.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 라인 중 하나의 연장 방향은 다른 하나의 연장 방향에 수직인 안테나 구조
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