KR20200138637A - Antenna using multi-band - Google Patents

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KR20200138637A
KR20200138637A KR1020190118163A KR20190118163A KR20200138637A KR 20200138637 A KR20200138637 A KR 20200138637A KR 1020190118163 A KR1020190118163 A KR 1020190118163A KR 20190118163 A KR20190118163 A KR 20190118163A KR 20200138637 A KR20200138637 A KR 20200138637A
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dielectric resonator
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KR1020190118163A
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김동영
김성일
이상흥
임종원
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한국전자통신연구원
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    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/005—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges
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Abstract

The present invention relates to a multi-band antenna. More specifically, the multi-band antenna comprises: a dielectric resonator; an antenna substrate including a plurality of metal vias positioned on side surfaces of the dielectric resonator; a metal pattern located on an upper part of the antenna substrate and including an antenna opening portion; an inner ground plane located under the antenna substrate and the dielectric resonator and including a coupling aperture; and a feed line positioned under the inner ground plane and transmitting a signal applied from the outside. The cross-section of the dielectric resonator has a rectangular shape.

Description

다중 대역을 이용하는 안테나{ANTENNA USING MULTI-BAND}Antenna using multiple bands {ANTENNA USING MULTI-BAND}

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 유전체 공진기 기반의 다중 대역 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna, and more particularly, to a multi-band antenna based on a dielectric resonator.

밀리미터파 대역의 무선 신호는 마이크로파의 무선 신호에 비해서 직진성이 우수하고 광대역 특성을 가지고 있다. 특히, 밀리미터파 대역의 신호는 파장이 짧기 때문에 안테나의 소형화에 용이하다. 밀리미터파 대역의 신호를 활용하기 위하여 SiP(System in Packaging) 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. The millimeter-wave band wireless signal has superior linearity and broadband characteristics compared to the microwave wireless signal. In particular, since a signal in the millimeter wave band has a short wavelength, it is easy to miniaturize the antenna. In order to utilize the signal in the millimeter wave band, research on the SiP (System in Packaging) method is actively being conducted.

SiP의 방법 중 하나인 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 기술은 기본적으로 다층 기판을 이용한다. LTCC 기술은 다층 기판에 수동부품을 내장시키므로 비용 절감과 모듈의 소형화에 유리하다. 또한, 다층 기판은 공동(Cavity)을 자유롭게 형성할 수 있기 때문에 모듈 구성의 자유도를 증가시킬 수 있다.LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) technology, one of SiP's methods, basically uses a multilayer substrate. LTCC technology is advantageous for cost reduction and module miniaturization because passive components are embedded in a multilayer board. In addition, since the multilayer substrate can freely form a cavity, the degree of freedom in module configuration can be increased.

최근 광대역 통신 서비스의 급격한 보급에 의하여 통신에 필요한 주파수 자원의 부족이 문제점으로 대두되어 왔다. 이러한 문제의 해결을 위하여 5G 이동 통신에서는 광대역 주파수 자원의 확보가 용이한 밀리미터파 대역을 무선 커버리지가 넓은 마이크로파 대역과 함께 활용하려 하고 있다. 그러나 LTCC와 같은 세라믹 기판은 유기 기판에 비해서 유전율이 높다. 따라서, LTCC를 패치 안테나로 구현하는 경우, 안테나의 방사 효율과 이득이 감소한다는 문제점이 있다.Recently, due to the rapid spread of broadband communication services, a shortage of frequency resources required for communication has emerged as a problem. In order to solve this problem, in 5G mobile communication, a millimeter wave band, which is easy to secure a broadband frequency resource, is being used together with a microwave band having a wide wireless coverage. However, ceramic substrates such as LTCC have a higher dielectric constant than organic substrates. Therefore, when the LTCC is implemented as a patch antenna, there is a problem in that the radiation efficiency and gain of the antenna decrease.

본 발명은 복수의 주파수 대역에서 동작하는 유전체 공진기 기반의 다중 대역 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a multi-band antenna based on a dielectric resonator operating in a plurality of frequency bands.

본 발명의 실시 예에 따른 다중 대역 안테나는 유전체 공진기, 상기 유전체 공진기의 측면에 위치하는 복수개의 금속 비아들을 포함하는 안테나 기판, 상기 안테나 기판 상에 위치하고, 안테나 개구를 포함하는 금속 패턴, 상기 안테나 기판 및 상기 유전체 공진기 아래에 위치하고, 커플링 어퍼쳐를 포함하는 내부 그라운드 면 및 상기 내부 그라운드 면 아래에 위치하는 급전 선로를 포함한다. A multi-band antenna according to an embodiment of the present invention includes a dielectric resonator, an antenna substrate including a plurality of metal vias positioned on the side of the dielectric resonator, a metal pattern positioned on the antenna substrate and including an antenna opening, and the antenna substrate And an inner ground surface positioned below the dielectric resonator and including a coupling aperture, and a feed line positioned below the inner ground surface.

본 발명에 따른 다중 대역 안테나는 유전체 공진기의 형상과 크기의 조절을 통하여 공진 주파수 대역을 결정할 수 있다. 본 발명은 다중 대역에서 사용할 수 있는 안테나를 제공할 수 있다. The multi-band antenna according to the present invention may determine a resonant frequency band by adjusting the shape and size of the dielectric resonator. The present invention can provide an antenna that can be used in multiple bands.

도 1a는 유전체 공진기 기반의 안테나의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 안테나의 반사 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1c은 도 1a의 안테나의 방사 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 구조의 x방향 단면 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 구조의 y방향 단면 구조를 보여주는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 S-파라미터 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 공진 주파수 각각에서의 전계 분포를 보여주는 그래프이다.
도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 공진 주파수 각각에서의 방사 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 주파수에 다른 이득 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 유전체 공진기의 Lx를 고정시키고 Ly를 변화시키는 경우에 안테나의 S-파라미터 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 유전체 공진기의 크기를 변화시키는 경우에 안테나의 S-파라미터 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.1A is a cross-sectional view showing a structure of an antenna based on a dielectric resonator.
1B is a graph illustrating reflection characteristics of the antenna of FIG. 1A.
1C is a graph for explaining radiation characteristics of the antenna of FIG. 1A.
2A is a cross-sectional view showing the structure of an antenna according to an embodiment of the present invention.
2B is a diagram showing a structure of an antenna according to an embodiment of the present invention.
2C is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure in the x direction of an antenna structure according to an embodiment of the present invention.
2D is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure in a y direction of an antenna structure according to an embodiment of the present invention.
3A is a graph showing a simulation result of an S-parameter of an antenna according to an embodiment of the present invention.
3B is a graph showing electric field distributions at each resonant frequency of an antenna according to an embodiment of the present invention.
3C is a graph for explaining radiation characteristics at each resonant frequency of an antenna according to an embodiment of the present invention.
3D is a graph showing a change in gain according to the frequency of an antenna according to an embodiment of the present invention.
4A is a graph showing a simulation result of an S-parameter of an antenna when Lx of a dielectric resonator is fixed and Ly is changed according to an embodiment of the present invention.
4B is a graph showing an S-parameter simulation result of an antenna when the size of a dielectric resonator is changed according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail to the extent that a person having ordinary knowledge in the technical field of the present invention can easily implement the present invention.

본 발명은 광대역 및 고이득 특성을 가지는 유전체 공진기 기반의 안테나에 대한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 안테나는 유전체 공진기의 형상과 크기를 조절하여 다중 대역을 발생 시킬 수 있다. 이하 설명들에서, 본 발명의 실시 예는 이중 대역에서 사용 가능한 안테나를 제공하는 것으로 설명되나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다중 대역에서 사용 가능한 안테나를 제공할 수 있다. The present invention relates to a dielectric resonator-based antenna having broadband and high gain characteristics. The antenna according to an embodiment of the present invention may generate multiple bands by adjusting the shape and size of the dielectric resonator. In the following descriptions, an embodiment of the present invention is described as providing an antenna that can be used in a dual band, but the present invention is not limited thereto, and an antenna that can be used in a multi-band can be provided.

도 1a는 유전체 공진기 기반의 안테나(100)의 구조를 보여주는 단면도이다. 1A is a cross-sectional view showing a structure of an antenna 100 based on a dielectric resonator.

도 1a를 참조하면, 유전체 공진기 기반의 안테나(100)는 다층 기판(130), 금속 비아(140), 금속 패턴(150), 내부 그라운드면(120), 급전 선로(110)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1A, the dielectric resonator-based antenna 100 may include a multilayer substrate 130, a metal via 140, a metal pattern 150, an internal ground surface 120, and a feed line 110. .

다층 기판(130)의 상단부는 안테나 기판(132)으로 구성되고, 다층 기판(130)의 하단부는 급전 회로 기판(131)으로 구성될 수 있다. The upper end of the multilayer board 130 may be configured with an antenna substrate 132, and the lower end of the multilayer board 130 may be configured with a power supply circuit board 131.

안테나 기판(132)에는 금속 비아(140)가 주기적으로 배열될 수 있다. 안테나 기판(132)에는 복수의 금속 비아(140)로 둘러싸인 유전체 공진기(141)가 위치한다. 복수의 금속 비아(140)들은 유전체 층을 통한 신호의 누설을 차단할 수 있다. Metal vias 140 may be periodically arranged on the antenna substrate 132. A dielectric resonator 141 surrounded by a plurality of metal vias 140 is positioned on the antenna substrate 132. The plurality of metal vias 140 may block leakage of signals through the dielectric layer.

유전체 공진기(141)의 상부에는 안테나 개구가 형성되어 유전체 공진기(141)의 외부로 신호가 방사될 수 있다. 유전체 공진기(141)의 하부에는 내부 그라운드 면(120)이 위치할 수 있다. An antenna opening is formed on the dielectric resonator 141 so that a signal can be radiated to the outside of the dielectric resonator 141. An inner ground surface 120 may be positioned under the dielectric resonator 141.

금속 패턴(150)은 안테나 기판(132)의 상측면에 형성될 수 있다. 금속 패턴(150)은 안테나 개구를 포함할 수 있다. The metal pattern 150 may be formed on the upper side of the antenna substrate 132. The metal pattern 150 may include an antenna opening.

내부 그라운드 면(120)은 유전체 공진기(141)로 신호를 입력하기 위한 커플링 어퍼쳐(Coupling aperture, 121)를 포함할 수 있다. 커플링 어퍼쳐(121)는 유전체 공진기(141)의 하측면에 위치할 수 있다. 커플링 어퍼쳐(121)는 안테나의 신호를 입력하기 위한 것일 수 있다. 커플링 어퍼쳐(121)의 크기는 안테나의 동작 주파수 대역에서 유전체 공진기(141)와 커플링 되도록 설계될 수 있다. The inner ground surface 120 may include a coupling aperture 121 for inputting a signal to the dielectric resonator 141. The coupling aperture 121 may be located on the lower side of the dielectric resonator 141. The coupling aperture 121 may be for inputting a signal from an antenna. The size of the coupling aperture 121 may be designed to be coupled with the dielectric resonator 141 in the operating frequency band of the antenna.

급전 회로 기판(131)은 내부 그라운드 면(120)의 하측에 위치할 수 있다. 급전 회로 기판(131)은 유전체 층들을 포함할 수 있다. 급전 회로 기판(131)의 유전체 층들 사이에는 급전 선로(110)가 위치할 수 있다. 급전 선로(110)는 신호의 누설을 막아주기 위해 금속 비아로 둘러싸여 있을 수 있다. The power supply circuit board 131 may be located under the inner ground surface 120. The power supply circuit board 131 may include dielectric layers. The power supply line 110 may be positioned between the dielectric layers of the power supply circuit board 131. The feed line 110 may be surrounded by metal vias to prevent signal leakage.

도 1b는 도 1a의 안테나의 반사 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 1B is a graph illustrating reflection characteristics of the antenna of FIG. 1A.

도 1b는 고주파 해석기(High Frequency Structural Simulator, 이하 HFSS)를 이용하여 시뮬레이션된 안테나의 반사 특성을 보여준다. 설계에 사용된 기판은 유전율이 6.0, 손실계수(tanδ)가 0.0035인 LTCC 다층 기판으로 총 7층으로 구성되어 있고 한 층의 두께는 0.1mm이다. 도 1b를 참조하면, 안테나의 대역은 72.9~81.7GHz로 8.8GHz의 넓은 대역폭을 가질 수 있다. 다시 말하면, 유전체 공진기 안테나는 넓은 대역폭을 가질 수 있다. 1B shows reflection characteristics of an antenna simulated using a High Frequency Structural Simulator (HFSS). The substrate used in the design is an LTCC multilayer substrate with a dielectric constant of 6.0 and a loss factor (tanδ) of 0.0035, and consists of a total of 7 layers and one layer is 0.1mm thick. Referring to FIG. 1B, the band of the antenna is 72.9 to 81.7 GHz, which may have a wide bandwidth of 8.8 GHz. In other words, the dielectric resonator antenna can have a wide bandwidth.

도 1c은 도 1a의 안테나의 방사 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 1C is a graph for explaining radiation characteristics of the antenna of FIG. 1A.

도 1c의 실시 예를 참조하면, 77GHz에서의 안테나 이득은 7.4dBi로 일반적인 패치 안테나의 이득에 비해서 월등히 우수한 특성을 가진다. 다시 말하면, 유전체 공진기 안테나는 패치 안테나에 비하여 고이득 특성을 가진다. Referring to the embodiment of FIG. 1C, the antenna gain at 77 GHz is 7.4 dBi, which is superior to that of a general patch antenna. In other words, the dielectric resonator antenna has higher gain characteristics than the patch antenna.

도 2a는 본 발명의 안테나 구조를 나타낸 도면이다. 2A is a diagram showing the antenna structure of the present invention.

도 2a를 참조하면, 본 발명 안테나(200)는 다층 기판(230), 금속 비아(240), 금속 패턴(250), 내부 그라운드 면(220) 및 급전 선로(210)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2A, the antenna 200 of the present invention may include a multilayer substrate 230, a metal via 240, a metal pattern 250, an inner ground surface 220, and a feed line 210.

다층 기판(230)의 상부는 안테나 기판(232)으로 구성되고, 다층 기판(230)의 하부는 급전 회로 기판(231)으로 구성될 수 있다. An upper portion of the multilayer substrate 230 may be constituted by an antenna substrate 232, and a lower portion of the multilayer substrate 230 may be constituted by a power supply circuit board 231.

안테나 기판(232)에는 금속 비아(240)가 주기적으로 배열될 수 있다. 안테나 기판(232)에는 복수의 금속 비아(240)로 둘러싸인 유전체 공진기(241)가 위치한다. 복수의 금속 비아(240)들은 유전체 공진기(241) 상의 금속 패턴(250)과 내부 그라운드 면(220)을 연결할 수 있다. 인접한(Adjacent) 금속 비아(240)들은 서로 이격될 수 있다. 인접한 금속 비아(240)들이 이격된 거리는 모두 일정할 수 있다. 금속 비아(240)들의 사이 거리는 안테나(200)의 동작 파장의 1/4 보다 작을 수 있다. 금속 비아(240)들은 펜스(fence)를 형성할 수 있다. 다시 말하면 금속 비아(240)들은 유전체를 통한 신호의 누설을 차단할 수 있다. Metal vias 240 may be periodically arranged on the antenna substrate 232. A dielectric resonator 241 surrounded by a plurality of metal vias 240 is positioned on the antenna substrate 232. The plurality of metal vias 240 may connect the metal pattern 250 on the dielectric resonator 241 and the internal ground surface 220. Adjacent metal vias 240 may be spaced apart from each other. The distance between adjacent metal vias 240 may be constant. The distance between the metal vias 240 may be less than 1/4 of the operating wavelength of the antenna 200. The metal vias 240 may form a fence. In other words, the metal vias 240 may block leakage of signals through the dielectric.

유전체 공진기(241)의 상측부에는 안테나 개구가 형성될 수 있다. 입력된 신호는 안테나 개구를 통하여 외부로 방사될 수 있다. 유전체 공진기(241)의 하측부에는 내부 그라운드 면(220)이 위치할 수 있다. 유전체 공진기(241)의 높이와 크기는 동작 주파수 대역에서 공진하도록 설계될 수 있다. An antenna opening may be formed on the upper side of the dielectric resonator 241. The input signal may be radiated to the outside through the antenna opening. An inner ground surface 220 may be positioned under the dielectric resonator 241. The height and size of the dielectric resonator 241 may be designed to resonate in an operating frequency band.

금속 패턴(250)은 안테나 기판(232)의 상측부에 위치할 수 있다. 금속 패턴(250)은 안테나 개구를 포함할 수 있다. The metal pattern 250 may be located on the upper side of the antenna substrate 232. The metal pattern 250 may include an antenna opening.

내부 그라운드 면(220)은 유전체 공진기(241)로 신호를 입력하기 위한 커플링 어퍼쳐(221)를 포함할 수 있다. 커플링 어퍼쳐(221)는 유전체 공진기(241)의 하부에 위치할 수 있다. 커플링 어퍼쳐(221)는 안테나의 신호를 입력하기 위한 것일 수 있다. 커플링 어퍼쳐(221)의 크기는 안테나의 동작 주파수 대역에서 유전체 공진기(241)와 커플링이 되도록 설계될 수 있다. The inner ground surface 220 may include a coupling aperture 221 for inputting a signal to the dielectric resonator 241. The coupling aperture 221 may be located under the dielectric resonator 241. The coupling aperture 221 may be for inputting a signal from an antenna. The size of the coupling aperture 221 may be designed to be coupled with the dielectric resonator 241 in the operating frequency band of the antenna.

급전 회로 기판(231)은 내부 그라운드 면(220)의 하부에 위치할 수 있다. 급전 회로 기판(231)은 유전체 층들을 포함할 후 있다. 급전 회로 기판(231)의 유전체 층들 사이에는 급전 선로(210)가 위치할 수 있다. 급전 선로(210)는 신호의 누설을 막아주기 위하여 금속 비아로 둘러싸여 있을 수 있다. The power supply circuit board 231 may be located under the inner ground surface 220. The power supply circuit board 231 includes dielectric layers. A feed line 210 may be positioned between the dielectric layers of the feed circuit board 231. The feed line 210 may be surrounded by metal vias to prevent signal leakage.

유전체 공진기(241)의 횡단면의 형상이 정사각형인 경우에는 유전체 공진기(241)와 급전 선로(210)와의 커플링에 의하여 광대역 특성을 가지는 안테나가 제작될 수 있다. 유전체 공진기(241)의 형상이 직사각형인 경우에는 유전체 공진기의 가로 방향의 길이와 세로 방향이 길이가 다를 수 있다. 유전체 공진기(241)의 형상이 직사각형인 경우, 안테나(200)는 다중 대역에서 동작할 수 있다. When the cross-sectional shape of the dielectric resonator 241 is square, an antenna having a broadband characteristic may be manufactured by coupling the dielectric resonator 241 and the feed line 210. When the dielectric resonator 241 has a rectangular shape, the length of the dielectric resonator in the horizontal direction and the length in the vertical direction may be different. When the dielectric resonator 241 has a rectangular shape, the antenna 200 may operate in multiple bands.

도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 구조를 보여주는 도면이다. 2B is a diagram showing a structure of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 2b를 참조하면, 안테나(200)의 최하층부에는 급전 회로 기판(231)이 위치 할 수 있다. 급전 회로 기판(231)에는 급전 선로(210)가 포함될 수 있다. 급전 회로 기판(231)의 상측부에는 내부 그라운드 면(220)이 위치할 수 있다. 내부 그라운드 면(220)은 커플링 어퍼쳐(221)를 포함할 수 있다. 내부 그라운드 면(220)의 상측부에는 안테나 기판(232)이 위치할 수 있다. 안테나 기판(232)의 내부에는 복수의 금속 비아(240)들이 주기적으로 배열될 수 있다. 안테나 기판(232)의 상측부에는 안테나 개구를 포함한 금속 패턴(250)이 위치할 수 있다. Referring to FIG. 2B, a power supply circuit board 231 may be positioned on the lowermost layer of the antenna 200. The power supply circuit board 231 may include a power supply line 210. An inner ground surface 220 may be positioned on the upper side of the power supply circuit board 231. The inner ground surface 220 may include a coupling aperture 221. An antenna substrate 232 may be positioned above the inner ground surface 220. A plurality of metal vias 240 may be periodically arranged inside the antenna substrate 232. A metal pattern 250 including an antenna opening may be positioned on the upper side of the antenna substrate 232.

도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 구조의 x방향 단면 구조를 보여주는 개념도이다. 2C is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure in the x direction of an antenna structure according to an embodiment of the present invention.

복수의 금속 비아(240)는 유전체 공진기(241, 도 2a참조)의 측면을 둘러싸고 있다. Lx는 유전체 공진기(241)의 가로 길이로 정의된다. 예로서, 도 2c에 도시된 Lx의 길이는 1.8mm일 수 있다. The plurality of metal vias 240 surround a side surface of the dielectric resonator 241 (see FIG. 2A). Lx is defined as the horizontal length of the dielectric resonator 241. For example, the length of Lx shown in FIG. 2C may be 1.8 mm.

도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 구조의 y방향 단면 구조를 보여주는 개념도이다. 2D is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure in the y direction of an antenna structure according to an embodiment of the present invention.

복수의 금속 비아(240)는 유전체 공진기(241, 도 2a참조)의 측면을 둘러싸고 있다. Ly는 유전체 공진기(241)의 세로 길이로 정의된다. 예로서, 도 2d에 도시된 Ly의 길이는 3mm일 수 있다. 급전 회로 기판(231, 도 2a참조)에는 급전 선로(210)가 포함될 수 있다. 급전 선로(210)는 신호의 누설을 방지하기 위하여 금속 비아로 둘러싸여 있을 수 있다. The plurality of metal vias 240 surround a side surface of the dielectric resonator 241 (see FIG. 2A). Ly is defined as the vertical length of the dielectric resonator 241. As an example, the length of Ly shown in FIG. 2D may be 3 mm. The power supply circuit board 231 (refer to FIG. 2A) may include a power supply line 210. The feed line 210 may be surrounded by metal vias to prevent signal leakage.

도 3a는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 S-파라미터 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 3A is a graph showing a simulation result of an S-parameter of an antenna according to an embodiment of the present invention.

안테나(200, 도 2a 참조)의 입력신호에서 반사되지 않는 신호는 방출되므로 S-파라미터가 작을수록 방사특성이 높아진다. 예로서, 도 3a의 실시 예의 경우 26~27GHz 대역과 38.4~39.6GHz 대역에서 10dB 이상의 반사 손실이 발생한다. 도 3a를 참조하면, 본 발명은 상기 10dB 이상의 반사 손실을 가지는 대역에서 이중대역 특성을 가질 수 있다. Since a signal that is not reflected from the input signal of the antenna 200 (see FIG. 2A) is emitted, the smaller the S-parameter, the higher the radiation characteristic. As an example, in the case of the embodiment of FIG. 3A, a return loss of 10 dB or more occurs in a band of 26 to 27 GHz and a band of 38.4 to 39.6 GHz. Referring to FIG. 3A, the present invention may have a double-band characteristic in a band having a return loss of 10 dB or more.

도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 공진 주파수 각각에서의 전계 분포를 보여주는 그래프이다. 3B is a graph showing electric field distributions at each resonant frequency of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나(200, 도 2a 참조)는 26.4GHz에서 TE101 모드의 전계 분포가 발생한다. 다시 말하면, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나(200)는 26.4GHz에서 공진기의 기본 모드로 동작한다. 또한 도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나(200)는 38.8GHz에서 TM020 모드의 전계 분포가 발생한다. 다시 말하면 본 발명의 실시 예에 따른 안테나(200)는 38.8GHz에서 공진기의 고차 모드로 동작한다. Referring to FIG. 3B, an electric field distribution in the TE101 mode occurs at 26.4 GHz in the antenna 200 (see FIG. 2A) according to an embodiment of the present invention. In other words, the antenna 200 according to the embodiment of the present invention operates in the basic mode of the resonator at 26.4 GHz. In addition, referring to FIG. 3B, the antenna 200 according to an embodiment of the present invention generates an electric field distribution in the TM020 mode at 38.8 GHz. In other words, the antenna 200 according to an embodiment of the present invention operates in a higher-order mode of the resonator at 38.8 GHz.

도 3c는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 공진 주파수 각각에서의 방사 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 3C is a graph for explaining radiation characteristics at each resonant frequency of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3c는 26.4GHz와 38.8GHz에서의 안테나의 방사 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3c를 참조하면, 본 발명의 안테나(200, 도 2a 참조)는 26.4GHz에서는 TE101 모드 공진으로 기판에 수직한 방향에서 이득의 최고 값을 가질 수 있다. 또한, 도 3c를 참조하면, 안테나(200)는 38.8GHz에서는 TM020 모드로 공진하기 때문에 y방향으로 45°와 135°에서 최고 값을 가질 수 있다. 3C is a graph for explaining radiation characteristics of an antenna at 26.4 GHz and 38.8 GHz. Referring to FIG. 3C, the antenna 200 (refer to FIG. 2A) of the present invention may have a maximum gain in a direction perpendicular to the substrate due to TE101 mode resonance at 26.4 GHz. In addition, referring to FIG. 3C, since the antenna 200 resonates in the TM020 mode at 38.8 GHz, it may have the highest values at 45° and 135° in the y direction.

도 3d는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나의 주파수에 따른 이득 변화를 보여주는 그래프이다. 3D is a graph showing a change in gain according to a frequency of an antenna according to an embodiment of the present invention.

도 3d를 참조하면, 본 발명의 이중 대역 중 기본 공진 대역인 26.4GHz에서 최고 6.19dBi의 이득을 가질 수 있다. 그리고 이득의 최고 값에서 3dB 이내의 이득을 보여주는 주파수 대역은 25.4~31.8GHz 이다. 또한, 도 3d를 참조하면, 본 발명의 이중 대역 중 고차 공진 대역인 38.8GHz에서 6.8dBi의 이득을 가질 수 있다. 그리고 이득의 최고 값에서 3dB 이내의 이득을 보여주는 주파수 대역은 37~40.5GHz 이다. Referring to FIG. 3D, a maximum gain of 6.19 dBi may be obtained in 26.4 GHz, which is a basic resonance band among the dual bands of the present invention. And the frequency band showing a gain within 3dB at the highest value of the gain is 25.4~31.8GHz. In addition, referring to FIG. 3D, it is possible to have a gain of 6.8 dBi in 38.8 GHz, which is a higher-order resonance band among the dual bands of the present invention. And the frequency band showing a gain within 3dB at the highest value of the gain is 37~40.5GHz.

도 4a는 본 발명의 실시 예에 따른 유전체 공진기의 Lx를 고정시키고 Ly를 변화시키는 경우에 안테나의 S-파라미터 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 4A is a graph showing a simulation result of an S-parameter of an antenna when Lx of a dielectric resonator is fixed and Ly is changed according to an embodiment of the present invention.

도 4a는 유전체 공진기의 짧은 변의 길이(Lx)가 1.8mm로 고정되나, 유전체 공진기의 긴 변의 길이(Ly)가 가변인 경우의 안테나 S-파라미터를 보여준다. 도 4a를 참조하면, 26.4GHz 대역(기본 공진 대역)에서는 유전체 공진기의 긴 변의 길이(Ly) 가변에 따른 안테나 대역의 변화가 발생하지 않는다. 반면, 38GHz 대역에서는 유전체 공진기의 긴 변의 길이(Ly)가 증가할수록 안테나의 대역이 낮은 주파수로 이동된다. 따라서, Ly의 길이를 조절하면 고차 모드 대역의 주파수가 변경될 수 있다. FIG. 4A shows antenna S-parameters when the length of the short side (Lx) of the dielectric resonator is fixed to 1.8 mm, but the length (Ly) of the long side of the dielectric resonator is variable. Referring to FIG. 4A, in the 26.4 GHz band (basic resonance band), the antenna band does not change according to the variable length Ly of the long side of the dielectric resonator. On the other hand, in the 38GHz band, as the length of the long side Ly of the dielectric resonator increases, the antenna band moves to a lower frequency. Therefore, by adjusting the length of Ly, the frequency of the higher-order mode band may be changed.

도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 유전체 공진기의 크기를 변화시키는 경우에 안테나의 S-파라미터 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다. 4B is a graph showing a simulation result of an S-parameter of an antenna when the size of a dielectric resonator is changed according to an embodiment of the present invention.

도 4b는 유전체 공진기(241, 도 2a 참조)의 짧은 변의 길이(Lx)를 1.55mm로 고정하고, 유전체 공진기(241)의 긴 변의 길이(Ly)를 3mm 에서 3.6mm로 변경하는 경우의 안테나 S-파라미터의 변화를 도시한다. 도 4a에서와 같이, 도 4b에서도 유전체 공진기(241)의 긴 변의 길이(Ly)가 증가하면, 안테나(200, 도 2a 참조)의 고차 공진 대역이 낮은 주파수로 이동됨을 확인할 수 있다. 4B is an antenna S when the length of the short side (Lx) of the dielectric resonator 241 (see FIG. 2A) is fixed to 1.55 mm, and the length of the long side (Ly) of the dielectric resonator 241 is changed from 3 mm to 3.6 mm. -Shows the parameter change. As in FIG. 4A, in FIG. 4B as well, when the length of the long side Ly of the dielectric resonator 241 increases, it can be seen that the higher-order resonance band of the antenna 200 (see FIG. 2A) is moved to a lower frequency.

도 4a와 도 4b의 S-파라미터 시뮬레이션 결과를 비교하면, 유전체 공진기(241, 도 2a 참조)의 짧은 변의 길이(Lx)가 감소되면 유전체 공진기(241)의 공진 주파수가 높은 쪽으로 이동될 수 있음을 알 수 있다. Comparing the results of the S-parameter simulation of FIGS. 4A and 4B, it is understood that when the length Lx of the short side of the dielectric resonator 241 (see FIG. 2A) decreases, the resonant frequency of the dielectric resonator 241 may be moved to a higher side. Able to know.

상술된 바와 같이, 유전체 공진기의 가로 및 세로 사이즈가 다르게 설정될 경우 두 개의 공진점이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명에 따른 안테나(200, 도 2a 참조)는 유전체 공진기(241, 도 2a 참조) 형상과 크기를 조절하여 다중 대역 안테나로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 유전체 공진기(241)의 크기를 조정하여 5G 이동통신에서 유력하게 거론되고 있는 대역인 28GHz와 38GHz의 이중 대역에서 동작하는 안테나가 구성될 수 있다. As described above, when the horizontal and vertical sizes of the dielectric resonator are set differently, two resonance points may be formed. In other words, the antenna 200 (see FIG. 2A) according to the present invention may be implemented as a multi-band antenna by adjusting the shape and size of the dielectric resonator 241 (see FIG. 2A). Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the size of the dielectric resonator 241 may be adjusted to configure an antenna operating in a dual band of 28 GHz and 38 GHz, which are the bands that are widely discussed in 5G mobile communication.

상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들 뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다. The above-described contents are specific examples for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also embodiments that can be simply changed or easily changed. In addition, the present invention will also include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Therefore, the scope of the present invention is limited to the above-described embodiments and should not be defined, and should be determined by the claims and equivalents of the present invention as well as the claims to be described later.

210 : 급전 선로
220 : 내부 그라운드 면
221 : 커플링 어퍼쳐(Coupling aperture)
230 : 다층 기판
231 : 급전 회로 기판
232 : 안테나 기판
240 : 금속 비아
241 : 유전체 공진기
250 : 금속 패턴210: feed line
220: inner ground surface
221: Coupling aperture
230: multilayer substrate
231: power supply circuit board
232: antenna board
240: metal via
241: dielectric resonator
250: metal pattern

Claims (1)

유전체 공진기;
상기 유전체 공진기의 측면에 위치하는 복수의 금속 비아들을 포함하는 안테나 기판;
상기 안테나 기판의 상부에 위치하고, 안테나 개구부를 포함하는 금속 패턴;
상기 안테나 기판 및 상기 유전체 공진기의 하부에 위치하고, 커플링 어퍼쳐를 포함하는 내부 그라운드 면; 및
상기 내부 그라운드 면의 하부에 위치하고, 외부로부터 인가되는 신호를 전달하는 급전 선로를 포함하되,
상기 유전체 공진기의 횡단면은 직사각형 형상으로 구성된 다중 대역 안테나.
Dielectric resonator;
An antenna substrate including a plurality of metal vias positioned on side surfaces of the dielectric resonator;
A metal pattern positioned on the antenna substrate and including an antenna opening;
An inner ground plane positioned under the antenna substrate and the dielectric resonator and including a coupling aperture; And
It is located under the inner ground surface, and includes a feed line for transmitting a signal applied from the outside,
A cross-section of the dielectric resonator is a multi-band antenna having a rectangular shape.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117317584A (en) * 2023-10-18 2023-12-29 南通大学 Miniaturized broadband dielectric resonator antenna

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