KR20210056077A - 슬롯 안테나 - Google Patents

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KR20210056077A
KR20210056077A KR1020190142725A KR20190142725A KR20210056077A KR 20210056077 A KR20210056077 A KR 20210056077A KR 1020190142725 A KR1020190142725 A KR 1020190142725A KR 20190142725 A KR20190142725 A KR 20190142725A KR 20210056077 A KR20210056077 A KR 20210056077A
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metal layer
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antenna
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KR1020190142725A
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이경도
유종원
조현영
오주익
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엘지전자 주식회사
한국과학기술원
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H01Q13/106—Microstrip slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0485—Dielectric resonator antennas

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Abstract

슬롯 안테나가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 안테나는, H자 형태의 슬롯의 좌우 양단에서 중앙 쪽으로 돌출되고 단부가 서로 이격되는 금속층인 제1 스터브 및 제2 스터브를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 실시예에 따르면 이중 공진에 의해 안테나의 동작 대역폭이 증가될 수 있다.

Description

슬롯 안테나{Slot Antenna}
본 발명은 슬롯 안테나 및 캐비티-백 슬롯 안테나(Cavity-Backed Slot Antenna)에 관한 것이다.
종래의 캐비티-백 슬롯 안테나는 박스 형태로 이루어지고, 캐비티의 부피에 따라 안테나 동작 대역폭이 결정된다.
캐비티의 부피가 커지면 커질수록 안테나의 동작 대역폭은 증가할 수 있고, 반대로 소형화를 위해 캐비티의 부피를 감소시키면 안테나의 동작 대역폭이 감소한다.
내장형 캐비티 안테나를 소형화하면 안테나의 동작 대역폭이 감소하므로 안테나를 활용하고자 하는 어플리케이션에 따라 소형화를 할 수 있는 정도가 제한되는 문제가 있다.
대한민국등록특허 제1898967호 (등록일:2018.09.10)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 동작 대역폭을 개선할 수 있는 슬롯 안테나 및 캐비티 백 슬롯 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 H자 형태의 슬롯을 변형시켜 공진하는 전류 경로가 이중으로 발생되는 슬롯 안테나 및 캐비티 백 슬롯 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 대역폭을 개선하면서도 급전 구조의 보호에 유리하고 금속면에 부착이 가능한 캐비티 백 슬롯 안테나를 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나는, 금속층에 슬롯이 구비되는 슬롯 안테나로서, 상기 슬롯은, 제1 슬롯; 상기 제1 슬롯과 나란한 제2 슬롯; 상기 제1 슬롯의 양 단부에서 상기 제2 슬롯과 멀어지는 쪽으로 각각 연장되는 제3 슬롯 및 제4 슬롯; 상기 제2 슬롯의 양 단부에서 상기 제1 슬롯과 멀어지는 쪽으로 각각 연장되는 제5 슬롯 및 제6 슬롯; 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯을 연결하는 제7 슬롯을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제3 슬롯과 상기 제5 슬롯은 동일선상에 형성되고, 상기 제4 슬롯과 상기 제6 슬롯은 동일선상에 형성될 수 있다.
상기 제3 슬롯은, 상기 제4 슬롯 및 상기 제5 슬롯과 서로 대칭을 이루고, 상기 제6 슬롯은, 상기 제5 슬롯 및 상기 제4 슬롯과 서로 대칭을 이룰 수 있다.
상기 제7 슬롯을 중심으로, 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯은 대칭을 이루고, 상기 제7 슬롯을 중심으로, 상기 제3 슬롯, 상기 제4 슬롯, 상기 제5 슬롯 및 상기 제6 슬롯은 대칭을 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나에서는, 상기 제3 슬롯, 상기 제1 슬롯, 상기 제7 슬롯, 상기 제2 슬롯 및 상기 제5 슬롯 사이에는 금속층을 이루며 폭이 일정한 제1 스터브가 구비된다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나에서는, 상기 제4 슬롯, 상기 제1 슬롯, 상기 제7 슬롯, 상기 제2 슬롯 및 상기 제6 슬롯 사이에는 금속층을 이루며 폭이 일정한 제2 스터브가 구비된다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나는, 유전체층; 상기 유전체층의 바깥쪽에 형성되고, 상기 슬롯이 형성되는 상기 금속층인 외부금속층; 및 상기 외부금속층과의 관계에서 급전된 신호가 커플링되도록, 상기 유전체층의 안쪽에 형성되는 내부금속층을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 내부금속층은, 상기 제4 슬롯 및 상기 제6 슬롯과 대응되는 위치에 형성되고, 폭이 상기 제4 슬롯 및 상기 제6 슬롯의 폭보다 좁은, 마이크로스트립으로 이루어질 수 있다.
상기 외부금속층은 접지층이고, 상기 내부금속층은 급전층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나는, 일측으로 개구된 캐비티; 및 상기 캐비티의 개구를 차폐하도록 상기 캐비티에 결합되는 인쇄회로기판을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 인쇄회로기판은, 상기 유전체층, 상기 외부금속층 및 상기 내부금속층을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 슬롯은, 제1 라인을 따라 형성되는 제1 라인슬롯; 상기 제1 라인과 나란한 제2 라인을 따라 형성되는 제2 라인슬롯; 및 상기 제1 라인슬롯과 상기 제2 라인슬롯을 연결하는 제3 라인슬롯을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 외부금속층은, 상기 제1 라인슬롯을 가로질러 상기 제3 라인슬롯으로 진입하는 제1 스터브; 및 상기 제2 라인슬롯을 가로질러 상기 제3 라인슬롯으로 진입하는 제2 스터브를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 스터브 및 상기 제2 스터브 각각의 길이는 공진주파수 파장의 1/4로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 슬롯 안테나에 의하면, H자 형태의 슬롯이 형성되면서 제1 스터브 및 제2 스터브가 함께 형성됨으로써, 슬롯 주변에 공진(제1 공진)하는 전류 경로가 발생되고, 아울러 추가 공진(제2 공진)하는 전류 경로가 발생되어, 이중 공진이 발생하는 슬롯 안테나를 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 따른 슬롯 안테나에 의하면, 이중 공진에 의해 동작 대역폭이 개선된 소형의 캐비티 백 슬롯 안테나를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나에 의하면, 슬롯, 제1 스터브 및 제2 스터브가 형성되는 외부금속층은 접지층이고, 마이크로스트립으로 이루어지는 내부금속층은 급전층으로 이루어져, 대역폭을 개선하면서도 급전 구조의 보호에 유리하고 금속면에 부착이 가능한 캐비티 백 슬롯 안테나를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 안테나를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 슬롯 안테나에서 캐비티와 인쇄회로기판을 분리하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 인쇄회로기판에서 외부금속층 쪽을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 인쇄회로기판에서 내부금속층 쪽을 도시한 저면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나에서 공진시 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나와 달리, 제1 스터브 및 제2 스터브가 없는 형태의 슬롯 안테나를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 따른 슬롯 안테나에서 반사계수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나에서 반사계수 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 실시예들을 첨부 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명하고자 한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도면에서 표시된 X방향, Y방향, Z방향은 서로 직교하는 방향이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 슬롯 안테나(10)에서 캐비티(100)와 인쇄회로기판(200)을 분리하여 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 인쇄회로기판(200)에서 외부금속층(220) 쪽을 도시한 평면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 인쇄회로기판(200)에서 내부금속층(240) 쪽을 도시한 저면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서는, 금속층(또는 금속판, 220)에 가는 틈(슬롯(230), slot)이 형성되고, 이러한 슬롯(230) 사이에 전계가 강하게 유도되면서 전파가 방사될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)는, 슬롯(230)이 구비되는 금속층(220)을 포함하는 인쇄회로기판(200)을 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)는, 캐비티(100)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 인쇄회로기판(200)은 캐비티(100)에 결합되면서 전체적인 안테나를 이를 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)는 캐비티-백 슬롯 안테나(Cavity-Backed Slot Antenna)를 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판(200)은, 바깥쪽의 금속층인 외부금속층(220), 안쪽의 금속층인 내부금속층(240), 및 외부금속층(220)과 내부금속층(240) 사이에 형성되는 유전체층(210)을 포함하여 이루어진다. 인쇄회로기판(200)이 캐비티(100)에 결합되어 안테나(10)를 형성함에 있어서 내부금속층(240)은 내측(Z의 반대방향)을 향하고 외부금속층(220)은 외측(Z방향)을 향한다.
유전체층(210)은 소정의 두께를 갖는 판 형태로 이루어지고, 유전체로 이루어질 수 있다.
외부금속층(220)에는 슬롯(230)이 구비되며, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)에서 금속층인 외부금속층(220)의 일부가 식각되면서 슬롯(230)이 형성될 수 있다.
캐비티(100)는 일측으로 개구된 형태로 이루어지고, 이에 따라 캐비티(100)는 상자와 같은 형태를 이룬다. 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서 캐비티(100)는 다양한 형태로 이루어질 수 있고, 원형, 사각형 등의 박스 형태로 이루어질 수 있다.
캐비티(100)는 금속으로 이루어지거나 또는 금속을 포함하여 이루어질 수 있고, 캐비티(100)와 인쇄회로기판(200)이 결합되면서 인쇄회로기판(200)의 테두리가 캐비티(100)와 접촉한다.
인쇄회로기판(200)은 캐비티(100)의 개구(110)를 차폐하는 형태로 캐비티(100)에 결합된다. 캐비티(100)가 사각의 박스 형태로 이루어질 때 인쇄회로기판(200)은 사각의 판 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서, 외부금속층(220)에는 슬롯(230), 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)가 구비되며, 이하에서는, 슬롯(230), 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)의 구조적인 특징에 대하여 설명하도록 한다.
외부금속층(220)에 형성되는 슬롯(230)은 제1 라인슬롯(231), 제2 라인슬롯(232) 및 제3 라인슬롯(233)을 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 라인슬롯(231)은 제1 라인(L1)을 따라 형성된다. 제1 라인(L1)은 가상의 선분으로서 곡선 또는 직선 형태로 이루어질 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내는 도면에서 제1 라인슬롯(231)은 직선 형태로 나타나 있으며, 인쇄회로기판(200)의 어느 한쪽 테두리와 평행한 방향(Y방향)을 따라 형성될 수 있다. 따라서, 제1 라인슬롯(231)은 인쇄회로기판(200)의 어느 한쪽 테두리와 평행한 방향을 따라 형성될 수 있다.
제2 라인슬롯(232)은 제2 라인(L2)을 따라 형성된다. 제2 라인(L2)은 가상의 선분으로서 곡선 또는 직선 형태로 이루어질 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내는 도면에서 제2 라인슬롯(232)은 직선 형태로 나타나 있으며, 인쇄회로기판(200)의 어느 한쪽 테두리와 평행한 방향(Y방향)을 따라 형성될 수 있다. 따라서, 제2 라인슬롯(232)은 인쇄회로기판(200)의 어느 한쪽 테두리와 평행한 방향을 따라 형성될 수 있다.
제2 라인(L2)은 제1 라인(L1)과 평행한 방향을 따라 형성될 수 있다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서, 제2 라인슬롯(232)은 제1 라인슬롯(231)과 대칭된 형태를 이룰 수 있다.
제3 라인슬롯(233)은 제1 라인슬롯(231)과 제2 라인슬롯(232)을 연결한다.
제3 라인슬롯(233)은 제3 라인(L3)을 따라 형성될 수 있고, 제3 라인(L3)은 가상의 선분으로서 제1 라인(L1) 및 제2 라인(L2)과 직교하는 방향(X방향)을 따라 형성될 수 있다.
제3 라인슬롯(233)은, 제1 라인슬롯(231)의 중앙 부분과 제2 라인슬롯(232)의 중앙 부분을 연결하도록 이루어질 수 있다.
이에 따라, 제1 라인슬롯(231), 제2 라인슬롯(232) 및 제3 라인슬롯(233)이 조합된 슬롯(230)은, 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)를 제외하면, 대체로 H자 형태를 이룰 수 있다.
제1 라인슬롯(231)의 폭 및 길이, 제2 라인슬롯(232)의 폭 및 길이, 제3 라인슬롯(233)의 폭 및 길이 각각은, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서, 요구되는 주파수 대역, 요구되는 주파수 대역폭, 및 슬롯 안테나(10)의 크기 등에 따라 정하여질 수 있다.
제1 스터브(221)는 외부금속층(220)의 일부인 금속층이며, 제1 라인슬롯(231)을 가로질러 제3 라인슬롯(233)의 내부로 진입하는 형태로 이루어진다. 제1 스터브(221)의 어느 한쪽 단부(221a)는 외부금속층(220)의 다른 부분과 연결된 형태를 이루고, 다른 한쪽 단부(221b)는 제3 라인슬롯(233) 상에 위치하면서 외부금속층(220)의 다른 부분과 분리된 형태를 이룬다.
제2 스터브(222) 또한 외부금속층(220)의 일부인 금속층이며, 제2 라인슬롯(232)을 가로질러 제3 라인슬롯(233) 내부로 진입하는 형태로 이루어진다. 제2 스터브(222)의 어느 한쪽 단부(222a)는 외부금속층(220)의 다른 부분과 연결된 형태를 이루고, 다른 한쪽 단부(222b)는 제3 라인슬롯(233) 상에 위치하면서 외부금속층(220)의 다른 부분과 분리된 형태를 이룬다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)에서, 제2 스터브(222)는 제1 스터브(221)와 대칭된 형태를 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나에서, 슬롯(230)은 제1 슬롯(233a), 제2 슬롯(233b), 제3 슬롯(231a), 제4 슬롯(232a), 제5 슬롯(231b), 제6 슬롯(232b) 및 제7 슬롯(233c)으로 구분될 수 있다.
제3 슬롯(231a)은 상술한 제1 라인슬롯(231)의 일부를 이룰 수 있다. 제1 라인(L1)이 세로방향으로 세워지도록 인쇄회로기판(200)을 바라보는 경우 제3 슬롯(231a)은 세로방향을 따라 형성될 수 있다.
제4 슬롯(232a)은 제3 슬롯(231a)과 나란하게 이루어질 수 있다. 제4 슬롯(232a)은 상술한 제2 라인슬롯(232)의 일부를 이룰 수 있다. 제2 라인(L2)이 세로방향으로 세워지도록 인쇄회로기판(200)을 바라보는 경우 제4 슬롯(232a)은 세로방향을 따라 형성될 수 있다.
제1 슬롯(233a)은 제3 슬롯(231a)과 제4 슬롯(232a)을 연결한다. 제1 슬롯(233a)은 상술한 제3 라인슬롯(233)의 일부를 이룰 수 있다. 제1 라인(L1) 및 제2 라인(L2)이 세로방향으로 세워지도록 인쇄회로기판(200)을 바라보는 경우, 제3 라인(L3)은 가로방향으로 놓일 수 있고 제1 슬롯(233a)은 제3 슬롯(231a)의 하측과 제4 슬롯(232a)의 하측을 연결하면서 가로방향을 따라 형성될 수 있다.
제5 슬롯(231b)은 상술한 제1 라인슬롯(231)의 일부를 이룰 수 있다. 제1 라인(L1)이 세로방향으로 세워지도록 인쇄회로기판(200)을 바라보는 경우 제5 슬롯(231b)은 제3 슬롯(231a)의 아래에 위치하면서 세로방향을 따라 형성될 수 있다.
제6 슬롯(232b)은 제5 슬롯(231b)과 나란하게 이루어질 수 있다. 제6 슬롯(232b)은 상술한 제2 라인슬롯(232)의 일부를 이룰 수 있다. 제2 라인(L2)이 세로방향으로 세워지도록 인쇄회로기판(200)을 바라보는 경우 제6 슬롯(232b)은 제4 슬롯(232a)의 아래에 위치하면서 세로방향을 따라 형성될 수 있다.
제2 슬롯(233b)은 제5 슬롯(231b)과 제6 슬롯(232b)을 연결한다. 제2 슬롯(233b)은 상술한 제3 라인슬롯(233)의 일부를 이룰 수 있다. 제1 라인(L1) 및 제2 라인(L2)이 세로방향으로 세워지도록 인쇄회로기판(200)을 바라보는 경우, 제3 라인(L3)은 가로방향으로 놓일 수 있고 제2 슬롯(233b)은 제5 슬롯(231b)의 상측과 제6 슬롯(232b)의 상측을 연결하면서 가로방향을 따라 형성될 수 있다.
제7 슬롯(233c)은 제1 슬롯(233a)과 제2 슬롯(233b)을 연결한다. 제7 슬롯(233c)은 상술한 제3 라인슬롯(233)의 일부를 이룰 수 있다. 제7 슬롯(233c)은 제1 라인(L1)과 제2 라인(L2) 사이의 정중앙에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제3 슬롯(231a)과 제5 슬롯(231b)은 동일선상에 형성되고, 제4 슬롯(232a)과 제6 슬롯(232b)은 동일선상에 형성되며, 제1 슬롯(233a)과 제2 슬롯(233b)은 서로 평행하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1 라인(L1) 및 제2 라인(L2)이 세로방향으로 세워지도록 인쇄회로기판(200)을 바라볼 때, 슬롯(230)은 상하대칭 및 좌우대칭을 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서, 제3 슬롯(231a), 제1 슬롯(233a), 제7 슬롯(233c), 제2 슬롯(233b) 및 제5 슬롯(231b) 사이에는 상술한 제1 스터브(221)가 구비되며, 제1 스터브(221)는 그 폭이 일정하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서, 제4 슬롯(232a), 제1 슬롯(233a), 제7 슬롯(233c), 제2 슬롯(233b) 및 제6 슬롯(232b) 사이에는 상술한 제2 스터브(222)가 구비되며, 제2 스터브(222)는 그 폭이 일정하게 이루어질 수 있다.
제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)의 길이는, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)의 공진주파수 파장의 1/4로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서 공진시 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서는, 마이크로스트립 라인으로 이루어지는 내부금속층(240)으로 급전될 수 있으며, 외부금속층(220)은 접지층으로 사용될 수 있다. 내부금속층(240)에 신호(Signal)가 인가되면, 내부금속층(240)에 급전된 신호가 외부금속층(220)의 슬롯(230)으로 커플링되어 급전된다. 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서 급전방식으로는, 마이크로스트립 피드 슬롯 안테나(10)(Microstrip fed slot antenna) 또는 커플링 피드 슬롯 안테나(10)(Coupling fed slot antenna)의 급전 방식이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서 내부금속층(240)에 급전이 이루어지면, 외부금속층(220)의 슬롯(230)에서의 공진시 전류 경로는, 도 5에 도시된 바와 같이, A1에서 시작하여 반대쪽 A2로 들어가는 형태로 이루어지거나, A2에서 시작하여 반대쪽 A1로 들어가는 형태로 이루어질 수 있다.(제1 공진)
또한, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서는, 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)가 형성됨으로써, 외부금속층(220)의 슬롯(230)에서의 공진시 도 5에 도시된 바와 같이, B1에서 시작하여 반대쪽 B2로 들어가는 추가적인 전류 경로가 형성될 수 있다.(제2 공진)
제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)에서 개방(Open) 부분(221b, 222b)이 슬롯(230)의 안쪽으로 들어가 있는 형태를 이루는데, 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)의 길이방향(X와 평행한 방향)을 따라 개방 부분으로부터 λg/4(λg는 공진주파수의 파장임)되는 부분은 임피던스 상으로 단락(Short)으로 보이게 된다. 임피던스가 단락(Short)이므로 결국 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)의 길이 방향으로 전류가 모이게 되고, 따라서 공진시의 전류 경로는, B1에서 시작하여 반대편 B2로 전류가 들어가는 형태를 가지게 되거나, B2에서 시작하여 반대편 B1로 전류가 들어가는 형태를 가지게 된다.(제2 공진)
제2 공진은, 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)에서의 길이 L이 λg/4를 만족하는 주파수(공진주파수)에서 발생되는 것이고, 해당 주파수(제2 공진의 주파수)가 아닌 다른 주파수(예컨대, 제1 공진 주파수)에서는 λg/4가 만족되지 않기 때문에 B1 또는 B2 지점이 단락(Short)으로 보이지 않게 되어 기존에 발생하던 공진(제1 공진)은 그대로 발생하게 된다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서는, 제1 공진 이외에 추가적인 제2 공진이 발생될 수 있으며 이에 따라 대역폭이 증가될 수 있다.
캐비티 백 슬롯 안테나에서는, 캐비티의 부피(a×b×c)에 따라 안테나 동작 대역폭이 결정된다. 캐비티(100)의 부피가 커지면 커질수록 안테나의 동작 대역폭이 증가하고, 반대로 소형화를 위해 캐비티(100)의 부피를 감소시키면 안테나의 동작 대역폭이 감소한다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)와 달리, 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)가 없는 형태의 슬롯 안테나(20)를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 슬롯 안테나(20)는, 캐비티(100a)에 결합된 인쇄회로기판(300)을 포함하고, 이때 인쇄회로기판(300)의 상면에 형성된 슬롯(330)은 H자 형태로 이루어진다.
도 7은 도 6에 따른 슬롯 안테나(20)에서 반사계수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6의 안테나(20)는, 캐비티(100a)의 부피가 75㎜×75㎜×15㎜로 이루어지고 915MHz 주파수 대역에서 동작하는 안테나로 설계되었으며, 도 7은 이때(도 6)의 안테나 동작 대역폭을 측정하기 위하여 시물레이션한 S11 결과이고, 대역폭이 약 30MHz(0.90~0.93GHz)로 나타났다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에서 반사계수 특성을 나타낸 그래프이다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(10)는, 캐비티(100)의 부피가 75㎜×75㎜×15㎜로 이루어지고, 915MHz 주파수 대역에서 동작하는 안테나로 설계되었으며, 이에 따른 안테나 동작 대역폭을 측정하였고, 대역폭이 약 60MHz(0.89~0.95GHz)로서 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)가 형성되지 않은 경우(도 6의 경우)보다 2배 가량 증가한 것으로 나타났다.
즉, 본 발명의 실시예에서와 같이, 동일한 크기(부피)의 슬롯 안테나에서, 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)가 형성된 경우 이중 공진(제1 공진 및 제2 공진)이 이루어지면서 대역폭이 넓어지는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나(10)에 의하면, 슬롯(230), 제1 스터브(221) 및 제2 스터브(222)가 형성되는 외부금속층(220)은 접지층이고, 마이크로스트립으로 이루어지는 내부금속층(240)은 급전층으로 이루어져, 대역폭을 개선하면서도 급전 구조의 보호에 유리하고 금속면에 부착이 가능한 캐비티(100) 백 슬롯 안테나(10)를 제공할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 구체적인 실시예로 다양하게 수정 및 변형할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 할 것이다.
10 : 슬롯 안테나 100 : 캐비티
110 : 개구 200 : 인쇄회로기판
210 : 유전체층 220 : 외부금속층
221 : 제1 스터브 222 : 제2 스터브
230 : 슬롯 231 : 제1 라인슬롯
231a : 제3 슬롯 231b : 제5 슬롯
232 : 제2 라인슬롯 232a : 제4 슬롯
232b : 제6 슬롯 233 : 제3 라인슬롯
233a : 제1 슬롯 233b : 제2 슬롯
233c : 제7 슬롯 240 : 내부금속층

Claims (13)

  1. 금속층에 슬롯이 구비되는 슬롯 안테나에 있어서,
    상기 슬롯은,
    제1 슬롯;
    상기 제1 슬롯과 나란한 제2 슬롯;
    상기 제1 슬롯의 양 단부에서 상기 제2 슬롯과 멀어지는 쪽으로 각각 연장되는 제3 슬롯 및 제4 슬롯;
    상기 제2 슬롯의 양 단부에서 상기 제1 슬롯과 멀어지는 쪽으로 각각 연장되는 제5 슬롯 및 제6 슬롯;
    상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯을 연결하는 제7 슬롯을 포함하는,
    슬롯 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 슬롯과 상기 제5 슬롯은 동일선상에 형성되고,
    상기 제4 슬롯과 상기 제6 슬롯은 동일선상에 형성되는,
    슬롯 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 슬롯은, 상기 제4 슬롯 및 상기 제5 슬롯과 서로 대칭을 이루고,
    상기 제6 슬롯은, 상기 제5 슬롯 및 상기 제4 슬롯과 서로 대칭을 이루는,
    슬롯 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제7 슬롯을 중심으로, 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯은 대칭을 이루고,
    상기 제7 슬롯을 중심으로, 상기 제3 슬롯, 상기 제4 슬롯, 상기 제5 슬롯 및 상기 제6 슬롯은 대칭을 이루는,
    슬롯 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 슬롯, 상기 제1 슬롯, 상기 제7 슬롯, 상기 제2 슬롯 및 상기 제5 슬롯 사이에는 금속층을 이루며 폭이 일정한 제1 스터브가 구비되고,
    상기 제4 슬롯, 상기 제1 슬롯, 상기 제7 슬롯, 상기 제2 슬롯 및 상기 제6 슬롯 사이에는 금속층을 이루며 폭이 일정한 제2 스터브가 구비되며,
    상기 제1 스터브 및 상기 제2 스터브의 길이는 공진주파수 파장의 1/4인,
    슬롯 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    유전체층;
    상기 유전체층의 바깥쪽에 형성되고, 상기 슬롯이 형성되는 상기 금속층인 외부금속층; 및
    상기 외부금속층과의 관계에서 급전된 신호가 커플링되도록, 상기 유전체층의 안쪽에 형성되는 내부금속층을 포함하는,
    슬롯 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내부금속층은, 상기 제4 슬롯 및 상기 제6 슬롯과 대응되는 위치에 형성되고, 폭이 상기 제4 슬롯 및 상기 제6 슬롯의 폭보다 좁은, 마이크로스트립인,
    슬롯 안테나.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 외부금속층은 접지층이고,
    상기 내부금속층은 급전층인,
    슬롯 안테나.
  9. 제6항에 있어서,
    일측으로 개구된 캐비티; 및
    상기 유전체층, 상기 외부금속층 및 상기 내부금속층을 포함하고, 상기 캐비티의 개구를 차폐하며 상기 캐비티에 결합되는 인쇄회로기판을 포함하는,
    슬롯 안테나.
  10. 일측으로 개구된 캐비티; 및
    유전체층과, 상기 유전체층의 바깥쪽 면에 형성되고 슬롯이 구비되는 금속층인 외부금속층과, 상기 유전체층의 안쪽 면에 형성되는 금속층인 내부금속층을 포함하고, 상기 캐비티의 개구를 차폐하도록 상기 캐비티에 결합되는 인쇄회로기판을 포함하고,
    상기 슬롯은,
    제1 라인을 따라 형성되는 제1 라인슬롯;
    상기 제1 라인과 나란한 제2 라인을 따라 형성되는 제2 라인슬롯; 및
    상기 제1 라인슬롯과 상기 제2 라인슬롯을 연결하는 제3 라인슬롯을 포함하고,
    상기 외부금속층은,
    상기 제1 라인슬롯을 가로질러 상기 제3 라인슬롯으로 진입하는 제1 스터브; 및
    상기 제2 라인슬롯을 가로질러 상기 제3 라인슬롯으로 진입하는 제2 스터브를 포함하는,
    슬롯 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스터브 및 상기 제2 스터브 각각의 길이는 공진주파수 파장의 1/4인,
    슬롯 안테나.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 내부금속층은 마이크로스트립인,
    슬롯 안테나.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 외부금속층은 접지층이고,
    상기 내부금속층은 급전층인,
    슬롯 안테나.


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