KR20200110069A - Microstrip Array Antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명의 마이크로스트립 배열 안테나는 마이크로스트립 오픈 스터브(open stub)를 방사 소자(radiation element)로 하는 배열 안테나로서, 유전체 기판의 하부는 접지면(ground plane)을 형성하고 상부에는 마이크로스트립 급전선로(microstrip feed line)의 양쪽에 연결된 오픈 스터브들이 공진이 되도록 배치하여 배열 안테나를 구성한다. 이때, 오픈 스터브의 길이로 공진주파수를 결정하고, 오픈 스터브의 폭으로 방사되는 전력의 크기를 조절함으로써 빔형성이 가능하다.The microstrip array antenna of the present invention is an array antenna that uses a microstrip open stub as a radiation element, and the lower part of the dielectric substrate forms a ground plane, and the microstrip feed line ( The array antenna is constructed by arranging the open stubs connected to both sides of the microstrip feed line to resonate. At this time, beam formation is possible by determining the resonant frequency by the length of the open stub and adjusting the amount of power radiated by the width of the open stub.
Description
본 발명은 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 스트립 오픈 스터브(open stub)를 방사 소자(radiation element)로 이용하는 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a microstrip array antenna, and more particularly, to a microstrip array antenna using a microstrip open stub as a radiation element.
마이크로스트립 안테나 또는 마이크로스트립 패치 안테나는 두께가 얇고 평면형 표면뿐만 아니라 평면형이 아닌 표면에도 부착이 용이하며, 설계가 간단하고, 인쇄회로 기술을 이용하여 저가로 제작할 수 있으며, 단일칩 초고주파 집접회로(monolithic microwave integrated circuit)와 함께 설계할 수도 있고, 기계적 강도도 우수한 장점이 있다. 이러한 장점들로 인해, 마이크로스트립 안테나 또는 마이크로스트립 패치 안테나는 다양한 분야에서 사용되고 있다. Microstrip antennas or microstrip patch antennas have a thin thickness and are easy to attach not only to a flat surface but also to a non-planar surface, their design is simple, and can be manufactured at low cost using printed circuit technology. It can be designed together with a microwave integrated circuit) and has excellent mechanical strength. Due to these advantages, microstrip antennas or microstrip patch antennas are used in various fields.
마이크로스트립 패치 안테나는 단일 방사소자로도 사용되지만, 안테나 이득을 높이거나 방사 패턴을 제어하기 위하여 배열 형태로도 많이 사용된다. 패치 배열 안테나의 급전방식으로는 직렬 급전(series-fed) 이나 공동 급전(corporate-fed)방식이 주로 사용되며 각 급전 방식 별로 장단점이 있다. Microstrip patch antennas are also used as single radiating elements, but are often used in arrays to increase antenna gain or control radiation patterns. As the feeding method of the patch array antenna, a series-fed or corporate-fed method is mainly used, and each feeding method has advantages and disadvantages.
직렬 급전 패치 배열 안테나는 다수의 마이크로스트립 패치형태의 방사소자들이 한 방향으로 배치되며, 직렬 급전선에 의하여 서로 연결된다. 직렬 급전선을 통하여 방사 소자에 입력되는 전류의 위상을 조절하여 방사 소자로부터 방사되는 빔 즉, 방사 빔의 기울어짐을 조절할 수 있으며, 방사 소자의 크기 및 각 방사 소자 간의 간격을 조절하여 여러 형태의 빔을 합성할 수 있다. 일반적으로 방사 소자들이 동위상의 전류가 급전되도록 하기 위해서 각 방사 소자간의 간격은 동작 주파수 대역에서 한 파장(λg)이 되도록 배치한다. 이는 높은 방향성 이득(directivity)을 요구하는 안테나의 경우 소자의 개수를 늘려야 하므로 전체 배열의 길이가 증가하게 된다.In the serial feed patch array antenna, a plurality of microstrip patch-type radiating elements are arranged in one direction and are connected to each other by a series feed line. By adjusting the phase of the current input to the radiating element through the series feed line, the inclination of the beam radiated from the radiating element, that is, the radiation beam, can be adjusted, and the size of the radiating element and the distance between each radiating element are adjusted to generate various types of beams. It can be synthesized. In general, in order for the radiating elements to be fed in-phase current, the distance between the radiating elements is arranged to be one wavelength (λ g ) in the operating frequency band. In the case of an antenna that requires high directivity, the number of elements must be increased, so the length of the entire array increases.
또한, 배열의 길이가 늘어날 경우 장선 효과(long line effect)에 의해서 설계주파수에서 벗어난 주파수에서는 빔은 정면방향에서 기울어짐(beam tilting)이 발생한다. 이러한 빔의 기울어짐 현상은, 예를 들면, 4GHz 대역폭에서 동작을 하는 79GHz 차량용 레이더 안테나에서 활용하기에는 문제점이 있다. In addition, when the length of the array is increased, a beam tilting occurs in the front direction at a frequency deviating from the design frequency due to a long line effect. The inclination of the beam has a problem, for example, to be utilized in a radar antenna for a 79 GHz vehicle operating in a 4 GHz bandwidth.
따라서, 본 발명의 목적은 장선 효과(long line effect)를 줄이기 위해 짧은 배열 길이를 갖도록 구성된 마이크로스트립 배열 안테나를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a microstrip array antenna configured to have a short array length in order to reduce a long line effect.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 마이크로스트립 배열 안테나는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 하부면의 전체에 걸쳐 배치되는 접지면; 및 상기 유전체 기판의 상부면에 배치되는 마이크로스트립 안테나 패턴을 포함하고, 상기 마이크로스트립 안테나 패턴은, 마이크로스트립 급전 선로; 및 마이크로스트립 급전 선로로부터 연장되며, 마이크로스트립 급전 선로의 양쪽에 지그재그로 배치되는 다수의 오픈 스터브를 포함한다.A microstrip array antenna according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes: a dielectric substrate; A ground plane disposed over the entire lower surface of the dielectric substrate; And a microstrip antenna pattern disposed on an upper surface of the dielectric substrate, wherein the microstrip antenna pattern comprises: a microstrip feed line; And a plurality of open stubs extending from the microstrip feed line and arranged in zigzags on both sides of the microstrip feed line.
본 발명에 따르면, 마이크로스트립 급전선로의 양쪽에 오픈 스터브가 반파장(λg/2) 간격을 갖도록 배치하여 동위상으로 급전할 경우 방사 소자 배열 길이가 줄어들기 때문에 장선 효과를 줄임으로써, 설계 주파수 주변의 주파수에서의 빔 기울어짐 현상을 줄일 수 있고, 동일 사이즈의 안테나를 구현할 경우 더 많은 방사 소자가 배치되어 안테나의 방향성 이득(directivity)을 높일 수 있다.According to the present invention, when the open stubs are arranged to have half-wavelength (λ g /2) intervals on both sides of the microstrip feed line and feed in phase, the length of the array of radiating elements is shortened, thereby reducing the design frequency. It is possible to reduce the inclination of the beam at the surrounding frequencies, and when an antenna of the same size is implemented, more radiating elements are disposed to increase the directivity of the antenna.
또한, 마이크로스트립 선로의 선폭을 조절하여 특성 임피던스를 체결하고자 하는 칩이나 전송선의 임피던스에 정합이 되도록함으로써 임피던스 정합이 용이하다.In addition, impedance matching is facilitated by adjusting the line width of the microstrip line so that the characteristic impedance is matched to the impedance of a chip or transmission line to be connected.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로스트립 배열 안테나 구조를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시한 절단선 I-II에 따라 절단한 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 마이크로스트립 배열 안테나의 등가회로도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하나의 단일 오픈 스터브(단일 방사 소자)를 나타내는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 단일 오픈 스터브(단일 방사 소자)의 등가 회로도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 방사 소자들에서 방사되는 전력이 균일한 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나의 수직면(y-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 방사 소자들에서 방사되는 전력이 균일한 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나의 수평면(x-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 방사 소자들에서 방사되는 전력이 가중치 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나의 수직면(y-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 방사 소자들에서 방사되는 전력이 가중치 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나의 수평면(x-z면) 에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프.
도 10은 종래의 직렬 급전 마이크로스트립 사각 패치 배열 안테나의 수직면(y-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프.1 is a view showing a microstrip array antenna structure according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line I-II shown in FIG. 1;
3 is an equivalent circuit diagram of the microstrip array antenna shown in FIG. 1;
4 is a view showing one single open stub (single radiating element) according to an embodiment of the present invention.
Fig. 5 is an equivalent circuit diagram of a single open stub (single radiating element) shown in Fig. 4;
6 is a graph showing an antenna gain in a vertical plane (yz plane) of a microstrip array antenna having a uniform distribution of power radiated from radiating elements according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing an antenna gain in a horizontal plane (xz plane) of a microstrip array antenna having a uniform distribution of power radiated from radiating elements according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing an antenna gain in a vertical plane (yz plane) of a microstrip array antenna having a weight distribution in which power radiated from radiating elements according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing an antenna gain in a horizontal plane (xz plane) of a microstrip array antenna having a weight distribution in which power radiated from radiating elements according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the antenna gain in a vertical plane (yz plane) of a conventional series-feed microstrip square patch array antenna.
이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 발명의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 발명의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in connection with the accompanying drawings. Various embodiments of the present invention may be modified in various ways and may have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and related detailed descriptions are described. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all changes and/or equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the various embodiments of the present invention. In connection with the description of the drawings, similar reference numerals have been used for similar elements.
본 발명의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는“포함한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 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.Expressions such as “include” or “may include” that may be used in various embodiments of the present invention indicate the existence of a corresponding function, operation, or component disclosed, and an additional one or more functions, operations or It does not limit components, etc. In addition, in various embodiments of the present invention, terms such as "include" or "have" are intended to designate the existence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification. It is to be understood that the possibility of the presence or addition of other features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, or further other features, is not excluded in advance.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, the component is directly connected to or may be connected to the other component, but the component and It should be understood that new other components may exist between the other components. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it will be understood that no new other component exists between the component and the other component. Should be able to
본 발명의 마이크로스트립 배열 안테나는 마이크로스트립 오픈 스터브(open stub)를 방사 소자(radiation element)로 하는 배열 안테나로서, 유전체 기판의 하부는 접지면(ground plane)을 형성하고 상부에는 마이크로스트립 급전선로(microstrip feed line)의 양쪽에 연결된 오픈 스터브들이 공진이 되도록 배치하여 배열 안테나를 구성한다. 이때, 오픈 스터브의 길이(L)로 공진주파수를 결정하고, 오픈 스터브의 폭(W)으로 방사되는 전력의 크기를 조절함으로써 설계자가 원하는 빔형성이 가능하다.The microstrip array antenna of the present invention is an array antenna that uses a microstrip open stub as a radiation element, and the lower part of the dielectric substrate forms a ground plane, and the microstrip feed line ( The array antenna is constructed by arranging the open stubs connected to both sides of the microstrip feed line to resonate. At this time, by determining the resonant frequency by the length (L) of the open stub and adjusting the amount of power radiated by the width (W) of the open stub, it is possible to form a beam desired by the designer.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로스트립 배열 안테나 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 절단선 I-II에 따라 절단한 단면도이다.1 is a diagram illustrating a structure of a microstrip array antenna according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line I-II shown in FIG. 1.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로스트립 배열 안테나는 제1 기판(100), 제2 기판(200) 및 안테나 패턴(300)을 포함한다.1 and 2, a microstrip array antenna according to an embodiment of the present invention includes a
제1 기판(100)은 임의의 유전율(
제2 기판(200)은 제1 기판(100)의 하부 전면을 덮으며, 접지면(ground plane)의 역할을 한다. 제2 기판(200)의 재질은 금속재일 수 있다.The
안테나 패턴(300)은 제1 기판(100)의 상부면 상에 배치되며, 방사 소자(radiation element)로서 동작하는 다수의 오픈 스터브를 포함한다. 안테나 패턴은 유전체 기판으로 역할하는 제1 기판(100)을 사이에 두고, 접지면(ground plane)의 역할을 하는 제2 기판(200)과 마주하도록 배치되기 때문에, 마이크로스트립 형태로 이루어진다.The
구체적으로, 안테나 패턴(300)은 급전 선로(310)와 급전 선로(310)로부터 연장되는 방사 소자 배열(320)을 포함한다.Specifically, the
급전 선로(310)는 외부(예를 들면, 급전부)로 입력되는 전류를 방사 소자 배열(320)로 전달하는 구성으로서, 급전 선로의 시작부분은 도시하지 않은 급전부, 칩 또는 전송선에 체결될 수 있다. 금전 선로(310)는 방사 소자 배열(320)에 전력을 인가하기 위해서 칩에 직접 연결하거나 다양한 형태의 전이부(transition)로 변경이 가능하다. The
또한 급전 선로(310)는 필요에 따라 임피던스 정합을 위하여 1/4 파장 트랜스포머(quarter wavelength transformer)와 같은 정합 회로가 추가될 수도 있다. In addition, a matching circuit such as a quarter wavelength transformer may be added to the
급전 선로(310)는 마이크로스트립 선로 형태로 구성되며, 유전체 기판(100)의 유전율(
방사 소자 배열(320)은 급전 선로(310)의 양쪽으로 배열되는 다수의 오픈 스터브(330)를 포함한다. 다수의 오픈 스터브(330)는 방사 소자로 역할을 하며, 마이크로스트립 형태로 구성된다.The radiating
오픈 스터브(330, 방사 소자)들은 동위상으로 급전되기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 급전 선로(310)의 양쪽으로 지그재그 형태로 배열되며, 오픈 스터브(330, 방사 소자)들 간의 배열 간격(s)은 반파장(λg/2) 간격으로 구성된다.The open stubs 330 (radiating elements) are arranged in a zigzag shape on both sides of the
이와 같이, 오픈 스터브(330, 방사 소자)들을 급전 선로(310)의 양쪽에 지그 재그 형태로 배치하고, 그 배열 간격(s)을 반파장(λg/2) 간격으로 배치함으로써, 방열 소자 배열의 전체 길이를 크게 줄일 수 있다. In this way, by arranging the open stubs 330 (radiation elements) in a zigzag shape on both sides of the
한편, 안테나가 원하는 방향으로 빔을 형성할 필요가 있는 경우에는 각 오픈 스터브(330, 방사 소자)의 여기 위상(excited phase)을 조절하여야 하므로 오픈 스터브(330, 방사 소자)들 간의 간격(s)을 조절하여 각 오픈 스터브(330, 방사 소자)가 원하는 위상차(phase difference)를 조절할 수 있다.On the other hand, when the antenna needs to form a beam in a desired direction, the excitation phase of each open stub 330 (radiation element) must be adjusted, so the interval (s) between the open stubs 330 (radiation element) Each open stub 330 (radiation element) may adjust a desired phase difference by adjusting.
공진 주파수는 오픈 스터브의 길이(L)로 조절하고, 부엽 준위(SLL; sidelobe level)을 낮추거나 빔 형성을 위해, 각 방사소자의 여기 진폭(excited amplitude)을 조절할 경우는 오픈 스터브(330, 방사 소자)의 폭(W)으로 도 3에 도시된 마이크로스트립 배열 안테나의 등가 회로도에 나타나는 컨덕턴스(G: G1, G2, … GN -1, GN)를 조절한다.The resonance frequency is controlled by the length of the open stub (L), and when the excitation amplitude of each radiating element is adjusted to lower the sidelobe level (SLL) or to form a beam, the
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 단일 오픈 스터브(단일 방사 소자)를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 단일 오픈 스터브(단일 방사 소자)의 등가 회로도이다.4 is a diagram showing a single open stub (single radiating element) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the single open stub (single radiating element) shown in FIG. 4.
도 5에 도시된 단일 오픈 스터브(단일 방사 소자)의 컨덕턴스는 2-포트 산란행렬(S-parameter)의 성분을 이용하여 아래의 관계식으로부터 구할 수 있다.The conductance of a single open stub (single radiating element) shown in FIG. 5 can be obtained from the following relational equation using a component of a 2-port scattering matrix (S-parameter).
실제 구현 예Real implementation example
본 발명의 실제 구현 예에서는, 79GHz에서 동작하는 두 가지 형태의 10개의 오픈 스터브 방사소자를 가지는 마이크로스트립 배열 안테나를 설계하였다.In an actual implementation example of the present invention, a microstrip array antenna having two types of 10 open stub radiating elements operating at 79 GHz was designed.
첫 번째 형태의 마이크로스트립 배열 안테나는 동일 진폭과 위상을 가지는 균일 분포(uniform distribution)를 갖도록 설계하였다. 여기서, 균일 분포는 방열 소자 배열(300)를 구성하는 오픈 스터브(방사 소자)들이 동일한 전력(균일한 전력)을 방사하도록 동일한 폭(W)으로 설계됨을 의미한다.The first type of microstrip array antenna is designed to have a uniform distribution with the same amplitude and phase. Here, the uniform distribution means that the open stubs (radiation elements) constituting the heat
두 번째 형태의 마이크로스트립 배열 안테나는 사이드로브(sidelobe)를 낮추기 위해, 여기서, 가중치 분포(weighting distribution)(또는 테일러 분포(Taylor distribution))를 가지는 안테나를 설계하였다. 여기서, 가중치 분포(weighting distribution)(또는 테일러 분포)는 배열(300)을 구성하는 오픈 스터브(방사 소자)들이 원하는 사이드로브(sidelobe)를 갖도록 비균일한 전력을 방사하도록 서로 다른 폭(W)으로 설계됨을 의미한다.In the second type of microstrip array antenna, an antenna having a weighting distribution (or Taylor distribution) is designed to lower a sidelobe. Here, the weighting distribution (or Taylor distribution) has different widths (W) so that the open stubs (radiating elements) constituting the
오픈 스터브(방사 소자)들이 균일 분포로 전력을 방사하는 마이크로스트립 배열 안테나의 경우, 모든 오픈 스터브(방사 소자)들의 진폭과 길이는 동일하고 각 소자 간은 반파장(λg/2)의 간격을 가진다. In the case of a microstrip array antenna in which open stubs (radiating elements) radiate power in a uniform distribution, the amplitude and length of all open stubs (radiating elements) are the same, and the intervals of half-wavelength (λ g /2) between each element Have.
오픈 스터브(방사 소자)들이 가중치 분포(또는 테일러 분포)로 전력을 방사하는 마이크로스트립 배열 안테나의 경우는 방사 소자 배열의 중심 부분에서 방사되는 전력이 많고 양 끝 쪽으로 갈수록 방사되는 전력이 줄어야 하므로, 도 1에 도시된 바와 같이, 중심 부분의 오픈 스터브(방사 소자)의 폭(W)이 넓고 양쪽으로 갈수록 폭(W)이 얇아진다.In the case of a microstrip array antenna in which open stubs (radiating elements) radiate power with a weight distribution (or Taylor distribution), the power radiated from the center portion of the radiating element array is large, and the radiated power should decrease toward both ends. As shown in FIG. 1, the width W of the open stub (radiation element) at the center portion is wide, and the width W becomes thinner toward both sides.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 방사 소자들에서 방사되는 전력이 균일한 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나의 수직면(y-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 방사 소자들에서 방사되는 전력이 균일한 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나의 수평면(x-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing an antenna gain in a vertical plane (yz plane) of a microstrip array antenna having a uniform distribution of power radiated from radiating elements according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an embodiment of the present invention. Is a graph showing the antenna gain in the horizontal plane (xz plane) of the microstrip array antenna having a uniform distribution of power radiated from the radiating elements according to.
도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 수직면(y-z면) 패턴의 경우 설계 주파수인 79GHz에서 안테나 빔이 안테나의 정면으로 향한다. 뿐만 아니라 주변 주파수인 78GHz와 80GHz에서도 안테나 빔이 안테나의 정면으로 향한다.6 and 7, in the case of a vertical plane (y-z plane) pattern, an antenna beam is directed toward the front of the antenna at a design frequency of 79 GHz. In addition, at the surrounding frequencies of 78GHz and 80GHz, the antenna beam is directed to the front of the antenna.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 방사 소자들에서 방사되는 전력이 가중치 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나의 수직면(y-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 오픈 스터브(방사 소자)들에서 방사되는 전력이 가중치 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나의 수평면(x-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the antenna gain in a vertical plane (yz plane) of a microstrip array antenna having a weight distribution in which power radiated from radiating elements according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a graph showing an antenna gain according to an embodiment of the present invention. This is a graph showing the antenna gain in the horizontal plane (xz plane) of the microstrip array antenna having a weight distribution in which power radiated from the open stubs (radiation elements) according to the above.
도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 오픈 스터브(방사 소자)들에서 방사되는 전력이 가중치 분포를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나에서도 오픈 스터브(방사 소자)들에서 방사되는 전력이 균일 분포를 형성하는 마이크로스트립 배열 안테나와 마찬가지로 수직면(y-z면)에서의 안테나의 빔이 78, 79, 80GHz에서 모두 안테나 정면을 향한다. 8 and 9, even in a microstrip array antenna in which power radiated from open stubs (radiation elements) has a weight distribution, microstrips in which power radiated from open stubs (radiation elements) is uniformly distributed. Like the array antenna, the beam of the antenna in the vertical plane (yz plane) is directed toward the front of the antenna at 78, 79, and 80 GHz.
또한, 오픈 스터브(방사 소자)들에서 방사되는 전력이 가중치 분포(테일러 분포)를 갖는 마이크로스트립 배열 안테나에서의 사이드로브(B)가 오픈 스터브(방사 소자)들에서 방사되는 전력이 균일 분포를 형성하는 마이크로스트립 배열 안테나의 사이드로브(A)보다 더 낮음을 확인할 수 있다. In addition, the power radiated from the open stubs (radiation elements) forms a uniform distribution of the power radiated from the open stubs (radiation elements) with the side lobe (B) in the microstrip array antenna having a weight distribution (Taylor distribution). It can be seen that it is lower than the side lobe (A) of the microstrip array antenna.
따라서, 사이드로브(sidelobe)를 낮추기 위해서는, 방사 소자에서 방상되는 전력이 가중치 분포를 갖도록 하여야 하며, 이를 위해서 방사 소자 배열을 구성하는 오픈 스터브(방사 소자)들의 폭을 서로 다르게 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가중치 분포(테일러 분포)의 경우, 방사 소자 배열을 구성하는 오픈 스터브(방사 소자)들 중에서 중심 부분의 오픈 스터브(방사 소자)들의 폭(W)을 넓히고, 양쪽으로 갈수록 폭(W)을 얇아지게 구성하는 것이다.Therefore, in order to lower the sidelobe, the power radiated from the radiating element must have a weight distribution, and for this purpose, it is preferable to configure the widths of the open stubs (radiating elements) constituting the radiating element array to be different from each other. For example, in the case of the weight distribution (Taylor distribution), the width (W) of the open stubs (radiation elements) at the center of the open stubs (radiation elements) constituting the array of radiating elements is widened, and the width (W) increases toward both sides. ) Is to be made thin.
도 10은 본 발명과 동일한 방사 소자의 개수(10개)를 갖는 종래의 직렬 급전 마이크로스트립 사각 패치배열 안테나의 수직면(y-z면)에서의 안테나 이득을 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing an antenna gain in a vertical plane (y-z plane) of a conventional series-fed microstrip square patch array antenna having the same number of radiating elements (10) as in the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 79GHz의 설계 주파수에서는 빔 방향이 안테나 정면을 향하지만, 주변 주파수인 78GHz와 80GHz 에서는 빔 방향이 안테나의 정면에서 빗겨나서 기울어짐을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 10, at the design frequency of 79 GHz, the beam direction faces the front of the antenna, but at the peripheral frequencies of 78 GHz and 80 GHz, it can be seen that the beam direction deviates from the front of the antenna and is inclined.
이와 같이, 종래의 마이크로스트립 배열 안테나에서는 설계 주파수 주변의 주파수에서도 빔 기울어짐 현상이 일어나지만, 본 발명의 마이크로스트립 배열 안테나에서는 마이크로스트립 급전 선로의 양쪽에 오픈 스터브가 반파장 간격으로 배치하여 동위상으로 급전할 경우, 방사 소자 배열 길이를 줄일 수 있으므로, 그에 따라 장선 효과를 줄여서 설계 주파수 주변의 주파수에서도 빔 기울어짐 현상을 줄일 수 있다.As described above, in the conventional microstrip array antenna, the beam tilting phenomenon occurs even at frequencies around the design frequency, but in the microstrip array antenna of the present invention, open stubs are arranged at half-wavelength intervals on both sides of the microstrip feed line to be in phase. In the case of power supply, the length of the array of the radiating elements can be shortened, and accordingly, the joist effect can be reduced, thereby reducing the inclination of the beam even at frequencies around the design frequency.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described centering on the embodiments, but these are only examples and do not limit the present invention, and those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains will not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications that are not illustrated in are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment of the present invention can be modified and implemented. And differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.
Claims (1)
상기 유전체 기판의 하부면의 전체에 걸쳐 배치되는 접지면; 및
상기 유전체 기판의 상부면에 배치되는 마이크로스트립 안테나 패턴을 포함하고,
상기 마이크로스트립 안테나 패턴은,
마이크로스트립 급전 선로; 및
마이크로스트립 급전 선로로부터 연장되며, 마이크로스트립 급전 선로의 양쪽에 지그재그로 배치되는 다수의 오픈 스터브
를 포함하는 것인 마이크로스트립 배열 안테나.A dielectric substrate;
A ground plane disposed over the entire lower surface of the dielectric substrate; And
Including a microstrip antenna pattern disposed on the upper surface of the dielectric substrate,
The microstrip antenna pattern,
Microstrip feed line; And
A number of open stubs extending from the microstrip feed line and arranged in zigzags on both sides of the microstrip feed line
Microstrip array antenna comprising a.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210062574A (en) * | 2019-11-21 | 2021-05-31 | 한국전자통신연구원 | Capacitive coupled comb-line microstrip array antenna |
| CN114336003A (en) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 华为技术有限公司 | An antenna and preparation method thereof, millimeter wave sensor and terminal |
| KR20230171666A (en) | 2022-06-14 | 2023-12-21 | 경북대학교 산학협력단 | Microstrip traveling-wave series-fed array antennas and design method thereof |
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- 2019-03-15 KR KR1020190030152A patent/KR20200110069A/en not_active Application Discontinuation
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| CN114336003B (en) * | 2020-09-30 | 2024-01-30 | 华为技术有限公司 | Antenna and preparation method thereof, millimeter wave sensor and terminal |
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Patent event date: 20210731 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20210521 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |