KR20210062574A - 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나 - Google Patents

커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나 Download PDF

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KR20210062574A
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Abstract

본 발명은 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 것이다.
본 발명은 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로; 및 상기 급전선로로부터 일정 간격의 갭을 두고 수직 방향으로 형성되는 마이크로스트립 패치를 포함한다.

Description

커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나{Capacitive coupled comb-line microstrip array antenna}
본 발명은 마이크로스트립 배열 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직사각형의 마이크로스트립 패치(microstrip patch)를 방사 소자(radiating element)로 하는 배열 안테나에 관한 것이다.
마이크로스트립 안테나 또는 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 두께가 얇고(low profile) 평면형 표면 뿐만 아니라 평면형이 아닌 표면에도 부착이 용이하며, 설계가 간단하고, 인쇄회로 기술(printed circuit technology)을 이용하여 저가(low cost)로 제작할 수 있으며, 단일칩 초고주파 집접회로(monolithic microwave integrated circuit)와 함께 설계할 수도 있고, 기계적 강도도 우수하여 다양한 분야에 응용된다.
이러한 패치 안테나는 단일 방사소자로도 사용되지만, 안테나 이득을 높이거나 방사패턴을 제어하기 위하여 배열 형태로도 많이 사용된다.
패치 배열 안테나의 급전방식으로는 직렬 급전(series-fed)이나 공동 급전(corporate-fed) 방식이 주로 사용되며 각 급전 방식별로 장단점이 있다.
직렬 급전 패치 배열 안테나는 다수의 마이크로스트립 패치 형태의 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 빔을 합성할 수 있다.
일반적으로 빔방향이 안테나 정면방향으로 형성할 경우, 방사 소자들이 동위상(equal phase)의 전류가 급전되도록 하기 위해서 각 방사 소자 간 간격은 동작 주파수 대역에서 한 파장(g)이 되도록 배치한다.
이는 높은 방향성 이득(directivity)을 요구하는 안테나의 경우 소자의 개수를 늘려야 하므로 전체 배열의 길이가 증가하게 된다.
종래 직렬 급전 배열 안테나(등록특허 제 10-1664389)는 직렬 급전 방식의 패치 방사 소자를 배열할 경우, 높은 방향성 이득을 요구하는 경우 방사 소자의 개수를 늘려야 하므로 전체 배열의 길이는 늘어난다.
이때, 배열의 길이가 늘어날 경우 장선 효과(long line effect)에 의해서 설계주파수 이외의 주파수에서는 빔이 안테나 정면방향에서 기울어짐(beam tilting)이 발생한다.
종래 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 유전체 기판의 하부에는 접지면을 형성하고, 상부에 직선의 마이크로스트립 급전선로와 방사 소자인 마이크로스트립 패치를 배치하여 배열을 구성한다.
그러나 종래 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나는 마이크로스트립 급전선로와 방사소자인 마이크로스트립 패치가 전기적으로 연결되고 방사소자인 마이크로스트립 패치의 폭으로 방사소자의 방사컨덕턴스(radiation conductance)를 조절한다.
이러한 선형 배열 구조의 안테나에서 낮은 부엽준위(side lobe level)의 방사패턴을 갖는 배열 안테나를 설계하기 위해서 안테나 급전부의 입력쪽과 끝쪽에 위치한 가장자리 방사소자는 낮은 값의 방사컨덕턴스를 가지고, 가운데에 위치한 소자는 상대적으로 큰 값의 방사컨덕턴스를 가져야 하므로, 가운데의 마이크로스트립 패치의 폭은 넓고 가장자리로 갈수록 마이크로스트립 패치의 폭은 얇아진다.
하지만 마이크로스트립 패치의 폭이 넓으면 패치 상의 전류는 길이 방향뿐만 아니라 폭방향 성분도 가지므로 방사되는 전자파는 교차편파(cross polarization) 성분이 증가하고, 부엽준위도 증가하게 되는 문제점이 있다.
또한, 넓은 폭의 마이크로스트립 패치에서는 유효 방사점(effective radiating point)이 변하여 방사소자의 위치를 조절하여야 하는 문제점이 있다.
따라서 종래의 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나로 부엽준위를 낮추는 것은 한계를 가지며 설계의 난이도가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나에서 낮은 부엽준위의 패턴 설계를 위하여 급전선로와 마이크로스트립의 갭으로 방사소자의 방사 컨덕턴스를 조절함으로써, 안테나에 발생하는 교차편파 및 낮은 부엽준위 설계의 어려움을 해결할 수 있는 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 제공하고 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로; 및 상기 급전선로로부터 일정 간격의 갭을 두고 수직 방향으로 형성되는 마이크로스트립 패치를 포함한다.
상기 급전선로와 마이크로스트립 패치간 갭(G)은, 공진 상태를 갖는 마이크로스트립 패치의 길이에 의해 결정되는 것이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로; 상기 급전선로 일측에, 상기 급전선로와 갭(G)를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈; 및 상기 유전체 기판의 하면에는 접지면이 형성된다.
상기 마이크로스트립 패치는, 직사각형의 동일한 폭을 가지는 것이 바람직하다.
상기 방사 소자 배열 모듈에 형성된 상기 마이크로스트립 패치들의 간격은, 상기 급전선로의 파장(λg) 간격으로 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는 상기 급전선로 타측에, 상기 급전선로와 일정 거리를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 급전선로 일측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈과 타측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈에 형성되는 마이크로스트립 패치는, 상기 급전선로를 두고 각각 오픈 스터브를 갖도록 형성된 것이다.
상기 방사 소자 배열 모듈에 형성된 상기 마이크로스트립 패치들의 간격은, 상기 급전선로의 반파장(λg/2) 간격으로 형성된다.
상기 마이크로스트립 패치의 길이는, 상기 급전선로와 상기 마이크로스트립 패치 간 갭(G)을 기준으로 공진 상태를 갖는 길이에 의해 결정된다.
상기 방사 소자 배열 모듈이 복수개 병렬 형성될 수 있다.
상기 급전선로와의 승기 마이크로스트립 패치간 갭(G)은 가중치분포에 대응되도록 형성될 수 있다.
그리고, 각 방사 소자인 마이크로스트립 패치에 여기되는 위상(excited phase) 조절을 통해 빔의 방향을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 커패시티브 결합에 의해 여기되는 마이크로스트립 패치의 콤라인 배열 안테나를 제시할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 얇고 동일한 폭의 마이크로스트립 패치를 배열하지만 급전선과의 간격을 조절하여 방사컨덕턴스 값을 결정함으로써, 종래 직렬 급전 마이크로스트립 패치 배열 안테나에 비해 소형의 배열 설계가 가능한 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마이크로스트립 급전선과 전기적으로 연결되는 종래의 콤라인 마이크로스트립 패치안테나의 경우 방사컨덕턴스는 방사소자인 마이크로스트립 패치의 폭으로 조절할 수밖에 없음에 따라, 낮은 부엽준위를 갖기 위하여 가운데 방사소자가 가장자리 방사소자의 방사컨덕턴스 보다 커야 하므로 폭이 두꺼워져 원하는 부엽준위의 빔 설계가 어렵고, 교차편파 발생의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나의 등가회로도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나의 등가회로,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 조절하여 어디미턴스의 허수부인 서셉턴스(susceptance) 성분이 상쇄되고, 실수부인 컨덕턴스 성분만 남는 공진상태가 될 때의 등가회로.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에서 종래 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 동일한 성능을 구현하기 위해 설계된 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 방사 소자 배열 모듈(230)을 1개를 이용하여 설계한 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 방사 소자 배열 모듈(230)을 4개를 병렬로 결합한 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프.
도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프.
도 12는 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수직면(y-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프.
도 13은 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수평면(x-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프.
도 14는 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수직면(y-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프.
도 15는 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수평면(x-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나의 등가회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나는 유전체 기판(110), 급전선로(120) 및 방사 소자(130)를 포함한다.
유전체 기판(110)은 일정 유전율(εr)을 갖는 사각 판 형상으로 이루어진다.
그리고 급전선로(120)는 유전체 기판(110) 상에 길이 방향으로 형성된다.
방사 소자(130)는 급전선로(120)로부터 일정 간격의 갭(G)을 두고 수직 방향으로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서의 방사 소자(130)의 방사 컨덕턴스(Gr)는 급전선로(120)와 방사 소자(130)간 갭(G)을 기준으로 공진 상태를 갖는 방사 소자(130)의 길이에 의해 산출된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 안테나의 방사 컨덕턴스는 하기의 [수학식 1]을 통해 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, Gr은 방사 컨덕턴스, G0는 급전선로의 특성 임피던스이며, S21은 입력 포트에서 출력 포트로 넘어가는 파워 값이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는, 유전체 기판(210), 급전선로(220), 방사 소자 배열 모듈(230) 및 접지면(240)을 포함한다.
유전체 기판(210)은 일정한 값의 유전율(εr)을 갖는 평면 형상으로 이루어진다.
급전선로(220)는 상기 유전체 기판(210) 상에 길이 방향으로 형성되며, 마이크로스크립 패치(231)와 동일한 재질로 이루어진다.
방사 소자 배열 모듈(230)은 급전선로(220) 일측에, 상기 급전선로(220)와 갭(G)를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치(231)가 일정 간격으로 배열되어 형성된다. 이때, 상기 마이크로스트립 패치(231)는 형성하고자 하는 방사 컨덕턴스(Gr)에 대응되도록 급전선로(220)로와의 갭(G)을 형성하여 원하는 커패시티브 결합 콤라인 배열 안테나를 설계할 수 있다. 여기서 마이크로스트립 패치(231)는 급전선로(220)와 직접 연결되지 않고, 갭(gap)을 두고 배치함으로써 급전선로(220)로부터 커패시티브 결합을 통하여 공진하도록 하는 것으로, 직사각형의 동일한 폭을 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 방사 소자 배열 모듈(230)에 형성된 마이크로스트립 패치(231)들의 간격은 급전선로(220)의 파장(λg) 간격으로 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 마이크로스트립 패치(231)는 갭(G) 길이를 기준으로 공진 상태를 갖는 마이크로스트립 패치(231)의 길이로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 접지면(240)은 유전체 기판(210)의 하면에 형성된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는 본 발명의 다른 실시예의 구성에 더하여, 상기 급전선로(220) 타측에, 상기 급전선로(220)와 일정 거리를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치(231)가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈(230)을 더 포함한다.
여기서, 상기 급전선로(220) 일측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈(230)과 타측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈(230)에 형성되는 방사 소자(130)간의 간격(d)은 오픈 스터브를 갖도록 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 방사 소자 배열 모듈(230)에 형성된 상기 방사 소자(130)들의 간격은 상기 급전선로(220)의 반파장(λg/2) 간격으로 형성된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 각 방사 소자인 마이크로스트립 패치(231)에 여기되는 위상(excited phase) 조절을 통해 빔의 방향을 조절할 수 있다. 즉, 안테나가 원하는 방향으로 빔을 형성하도록 할 필요가 있을 때에는 각 방사 소자인 마이크로스트립 패치(231)에 여기되는 위상(excited phase)을 조절하여야 하므로 마이크로스트립 패치 간 간격(d)을 변경하여 빔의 방향을 조절할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나의 경우, 안테나의 입력부분의 급전선로(220)는 칩이나 전송선에 체결하여 안테나에 전력을 인가하기 위해서 칩에 직접 연결하거나 다양한 형태의 전이부(transition)로 변경이 가능하다. 또한 필요에 따라 임피던스 정합을 위하여 λ/4 파장 트랜스포머(quarter wavelength transformer)와 같은 정합회로가 추가될 수도 있다.
한편, 급전선로(220)는 마이크로스트립 선로 형태로 구성되고, 유전체 기판(210)의 유전율(εr)에 따라 설계 및 제작의 용이를 위하여 다양한 특성 임피던스(G0)를 가지도록 급전선로(220)의 마이크로스트립선의 폭을 변경하여 구성할 수 있다.
그리고, 마이크로스트립 패치(231) 방사 소자가 동위상으로 급전되기 위해서 급전선로(220)의 양쪽으로 오픈 스터브간 간격(d)을 마이크로스트립 급전선로(220)의 반파장(λg/2) 간격으로 위치시킨다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 종래 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 동일한 성능의 안테나를 설계하기 전에, 배열되는 각 마이크로스트립 패치(231)의 갭(G)을 결정한 후 상기 갭(G)을 기준으로 공진 상태가 되는 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 각각 검출한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나의 등가회로이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 조절하여 어디미턴스의 허수부인 서셉턴스(susceptance) 성분이 상쇄되고, 실수부인 컨덕턴스 성분만 남는 공진상태가 될 때의 등가회로이다.
도 5에 에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 커패시티브 겹합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 각각의 마이크로스트립 패치(231)의 어드미턴스(admittance)는 마이크로스트립 급전선로(220)와 마이크로스트립 패치(231) 간의 갭(G)에 의한 기생 커패시턴스(Cg)와 마이크로스트립 패치(231)에 의한 컨덕턴스와 기생 인덕턴스(Lp), 접지면과의 기생 커패시턴스(Cp), 그리고 컨덕턴스(Gp)로 표현될 수 있다.
여기서 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 조절하여 어드미턴스의 허수부인 서셉턴스(susceptance) 성분이 상쇄되고, 실수부인 컨덕턴스 성분만 남는 공진상태가 되고 이 경우 도 6과 같이 등가회로를 나타낼 수 있다.
따라서, 갭(G)의 길이를 조정해 가면서 각 갭(G)을 기준으로 공진 상태가 발생하는 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 검출함으로써, 본 실시예에서는 [표 1]에서와 같이 갭(G)에 따른 마이크로스트립 패치(231)의 길이를 검출한다.
[표 1]
Figure pat00002
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에서 종래 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 동일한 성능을 구현하기 위해 설계된 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서의 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나의 성능을 확인하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 종래 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 동일한 개수의 방사소자를 갖도록 설계한다.
그리고 동일한 성능을 얻을 수 있도록, [표 1]에서와 같이 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치(1 내지 18)의 갭(Gi)과 마이크로스트립 패치의 길이(Li)를 갖도록 방사 소자 배열 모듈(230)이 설계되었다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나에서 방사 소자 배열 모듈(230)을 1개를 이용하여 설계한 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 방사 소자 배열 모듈(230)을 4개를 병렬로 결합한 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나이다.
이들 4 x 18 배열 안테나와 4 x 18 배열 안테나는 79GHz에서 동작하도록 설계하되, 안테나 배열 방향이 수직방향 빔의 부엽준위가 -20dB 테일러 분포가 되도록 각 마이크로스트립 패치(231)의 방사 컨덕턴스가 가중치 분포(weighting distribution)를 갖도록 설계하였다.
각 소자간의 간격은 마이크로스트립 급전선로(220)의 반파장(λg/2) 이며, 급전선로(220)와의 간격은 가중치분포에 따라 다르다.
한편, 테일러 분포는 배열의 가운데 부분에서 높은 방사 컨덕턴스를 가지고 양쪽으로 갈수록 방사 컨덕턴스 값이 줄어들기 때문에 급전선로(220)와의 간격(Gi)도 커지도록 설계한다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이고, 도 11는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수를 나타낸 그래프이다.
이러한 도 10 및 도 11에서와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 반사계수의 해석값과 측정값이 유사함을 확인할 수 있다.
도 12는 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수직면(y-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 13은 1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수평면(x-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 14는 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수직면(y-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다.
도 15는 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나의 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 것으로, 79GHz 대역에서 수평면(x-z면)에 대한 방사패턴의 해석값과 측정값을 나타낸 그래프이다.
1 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나와 4 x 18 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나 모두, 수직면(y-z면)에서 부엽준위가 -20dB 이하이며, 79GHz에서 모두 안테나 빔이 안테나의 정면을 향함을 확인할 수 있다.
본 실시예에서는 79GHz 대역에 대한 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 예를 들어 설명하고 있으나, 78GHz와 80GHz에서도 동일한 성능을 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 커패시티브 결합에 의해 여기되는 마이크로스트립 패치의 콤라인 배열 안테나를 제시할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시티브 결합 콤라인 배열 안테나는 얇고 동일한 폭의 마이크로스트립 패치(231)를 배열하지만 급전선과의 간격을 조절하여 방사컨덕턴스 값을 결정함으로써, 직렬 급전 마이크로스트립 패치 안테나보다 소자간격이 1/2가량이므로 소형의 배열 설계가 가능한 효과가 있다.
또한, 마이크로스트립 급전선과 전기적으로 연결되는 종래의 콤라인 마이크로스트립 패치 안테나의 경우 방사소자인 마이크로스트립 패치의 폭으로 방사컨덕턴스를 조절할 수밖에 없음에 따라, 낮은 부엽준위를 갖기 위하여 가운데 방사소자가 가장자리 방사소자의 방사컨덕턴스 보다 커야 하므로 폭이 두꺼워져 원하는 부엽준위의 빔 설계가 어려운 문제점이 있는데 반해, 본 발명은 빔 설계가 용이하고, 교차편파 발생의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
이러한, 본 발명의 또 다른 실시예에서 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나는 마이크로스트립 패치(231)와 급전선로(220) 간의 간격으로 방사소자의 방사 컨덕턴스(radiation conductance)를 조절하여 설계함으로써, 원하는 빔을 형성할 수 있다.
이 안테나는 급전선로(220)와 방사소자인 마이크로스트립 패치(231)가 전기적으로 연결된 콤라인 안테나의 달리 커패시티브 결합을 통하여 마이크로스트립 패치(231)에 급전하는 방식으로 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나(capacitive coupled comb-line microstrip array antenna)이다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로; 및
    상기 급전선로로부터 일정 간격의 갭을 두고 수직 방향으로 형성되는 마이크로스트립 패치를 포함하는 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 급전선로와 마이크로스트립 패치간 갭(G)은,
    공진 상태를 갖는 마이크로스트립 패치의 길이에 의해 결정되는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  3. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판 상에 길이 방향으로 형성되는 급전선로;
    상기 급전선로 일측에, 상기 급전선로와 갭(G)를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈; 및
    상기 유전체 기판의 하면에는 접지면이 형성된 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 패치는,
    직사각형의 동일한 폭을 가지는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  5. 제 6항에 있어서,
    상기 방사 소자 배열 모듈에 형성된 상기 마이크로스트립 패치들의 간격은,
    상기 급전선로의 파장(μg) 간격으로 형성된 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 급전선로 타측에, 상기 급전선로와 일정 거리를 두고 수직 방향으로 형성된 마이크로스트립 패치가 일정 간격으로 배열되어 형성된 방사 소자 배열 모듈을 더 포함하는 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 급전선로 일측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈과 타측에 형성되는 상기 방사 소자 배열 모듈에 형성되는 마이크로스트립 패치는,
    상기 급전선로를 두고 각각 오픈 스터브를 갖도록 형성된 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 방사 소자 배열 모듈에 형성된 상기 마이크로스트립 패치들의 간격은,
    상기 급전선로의 반파장(λg/2) 간격으로 형성된 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 패치의 길이는,
    상기 급전선로와 상기 마이크로스트립 패치 간 갭(G)을 기준으로 공진 상태를 갖는 길이에 의해 결정되는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  10. 제 3항에 있어서,
    상기 방사 소자 배열 모듈이 복수개 병렬 형성되는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 급전선로와의 승기 마이크로스트립 패치간 갭(G)은
    가중치분포에 대응되도록 형성되는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
  12. 제 1항에 있어서,
    각 방사 소자인 마이크로스트립 패치에 여기되는 위상(excited phase) 조절을 통해 빔의 방향을 조절하는 것인 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114597659A (zh) * 2022-03-03 2022-06-07 福瑞泰克智能系统有限公司 一种微带天线及感知设备
US20220224017A1 (en) * 2021-01-08 2022-07-14 Electronics And Telecommunications Research Institute Capacitive-coupled comb-line microstrip array antenna and method of manufacturing the same
WO2023113284A1 (ko) * 2021-12-14 2023-06-22 삼성전자 주식회사 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치
KR20230171666A (ko) 2022-06-14 2023-12-21 경북대학교 산학협력단 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 및 그 설계 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001111336A (ja) * 1999-10-08 2001-04-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc マイクロストリップアレーアンテナ
JP2007053656A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Nagoya Institute Of Technology マイクロストリップアレーアンテナ
JP2015091108A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 富士通株式会社 平面アンテナ
JP2015167293A (ja) * 2014-03-03 2015-09-24 株式会社フジクラ マイクロストリップアンテナ
KR20180105484A (ko) * 2017-03-15 2018-09-28 한국전자통신연구원 마이크로스트립 패치 배열 안테나
KR20200110069A (ko) * 2019-03-15 2020-09-23 한국전자통신연구원 마이크로스트립 배열 안테나

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001111336A (ja) * 1999-10-08 2001-04-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc マイクロストリップアレーアンテナ
JP2007053656A (ja) * 2005-08-19 2007-03-01 Nagoya Institute Of Technology マイクロストリップアレーアンテナ
JP2015091108A (ja) * 2013-11-07 2015-05-11 富士通株式会社 平面アンテナ
JP2015167293A (ja) * 2014-03-03 2015-09-24 株式会社フジクラ マイクロストリップアンテナ
KR20180105484A (ko) * 2017-03-15 2018-09-28 한국전자통신연구원 마이크로스트립 패치 배열 안테나
KR20200110069A (ko) * 2019-03-15 2020-09-23 한국전자통신연구원 마이크로스트립 배열 안테나

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220224017A1 (en) * 2021-01-08 2022-07-14 Electronics And Telecommunications Research Institute Capacitive-coupled comb-line microstrip array antenna and method of manufacturing the same
WO2023113284A1 (ko) * 2021-12-14 2023-06-22 삼성전자 주식회사 안테나 및 이를 포함하는 전자 장치
CN114597659A (zh) * 2022-03-03 2022-06-07 福瑞泰克智能系统有限公司 一种微带天线及感知设备
CN114597659B (zh) * 2022-03-03 2024-04-09 福瑞泰克智能系统有限公司 一种微带天线及感知设备
KR20230171666A (ko) 2022-06-14 2023-12-21 경북대학교 산학협력단 마이크로 스트립 진행파 직렬 급전 어레이 안테나 및 그 설계 방법

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