KR20230023327A - Slot Array Antenna Using Multiple Holes - Google Patents

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KR20230023327A
KR20230023327A KR1020210105349A KR20210105349A KR20230023327A KR 20230023327 A KR20230023327 A KR 20230023327A KR 1020210105349 A KR1020210105349 A KR 1020210105349A KR 20210105349 A KR20210105349 A KR 20210105349A KR 20230023327 A KR20230023327 A KR 20230023327A
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Abstract

The present invention includes: a resonator having one surface open and the other surface opposite to the open surface and connected to a connector and receiving power through the connector; and a metal plate coupled to the open surface of the resonator and having multiple holes to radiate radio waves into the resonator through the holes. In the metal plate, the multiple holes are arranged in an n×m (n and m are integers greater than or equal to 1) or radially formed with respect to the center of the metal plate. Thus, it is possible to obtain small size, facilitate design, and improve the performance of an antenna.

Description

다중 홀을 이용한 슬롯 배열 안테나{Slot Array Antenna Using Multiple Holes}Slot Array Antenna Using Multiple Holes

본 발명은 고주파 대역에 적용되는 배열 안테나에 관한 것이며, 보다 상세하게는 금속판을 통해 전파가 방사되는 평판형 배열 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to an array antenna applied to a high frequency band, and more particularly, to a planar array antenna in which radio waves are radiated through a metal plate.

무선 통신 서비스가 폭넓게 활용되고 관련 기술이 발달하면서, 다양한 규격을 충족시키기 위한 여러 형태의 안테나들이 개발되고 있다. 최근 6G 이동통신의 상용화가 대두되면서 THz 대역(100GHz 이상)의 고주파수 신호를 통신하기 위한 안테나가 요구된다. 고주파수 대역의 신호 통신에 적합한 안테나는 경로 손실 및 안테나의 재료 자체에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있어야 한다. 특히, 고주파수 대역의 신호 통신에 사용되는 안테나는 높은 경로 손실이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 보상하기 위해 고지향성 배열 안테나가 필수적으로 요구된다.As wireless communication services are widely used and related technologies are developed, various types of antennas are being developed to meet various standards. Recently, with the commercialization of 6G mobile communication on the rise, an antenna for communicating a high-frequency signal in the THz band (100 GHz or more) is required. An antenna suitable for signal communication in a high frequency band must be able to minimize path loss and loss occurring in the material of the antenna itself. In particular, an antenna used for signal communication in a high frequency band may cause high path loss. Therefore, a high directivity array antenna is essentially required to compensate for this.

이때, 기존에 널리 사용되는 안테나인 혼 안테나(horn antenna)가 고주파 대역에 사용할 수 있는지 고려할 수 있다. 그러나, 종래 안테나를 구성하는 상용 유전체는 여전히 이러한 경로 손실 문제를 가진다. 이에, 이러한 손실을 최소화하기 위해 유전체가 대신 금속 기구물이 적용된 안테나가 이용되었다. 그러나, 금속 기구물을 이용하여 안테나를 제작하는 것은 제작공정이 어렵고, 안테나의 크기가 커지는 문제와 안테나 제작비용이 증가한다는 문제를 야기한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 안테나를 편평형으로 설계하는 기술이 개발되었다. 편평형의 안테나는 기존의 혼 안테나에 비하여 소형으로 제작가능하여 크기가 작고, 구조가 용이하여 고주파수 대역에서도 설계와 제작이 용이한 장점을 가진다.At this time, it may be considered whether a horn antenna, which is an existing widely used antenna, can be used in a high frequency band. However, commercial dielectrics constituting conventional antennas still have this path loss problem. Accordingly, in order to minimize such a loss, an antenna to which a metal structure is applied instead of a dielectric material is used. However, manufacturing an antenna using a metal structure is difficult in a manufacturing process, and causes problems in that the size of the antenna increases and the manufacturing cost of the antenna increases. In order to solve this problem, a technique for designing an antenna in a flat shape has been developed. Compared to conventional horn antennas, flat antennas can be manufactured in a smaller size and have an easier structure, so they are easy to design and manufacture even in high frequency bands.

그러나, 이러한 평면형 안테나의 경우에는 금속판 형상에 의한 영향으로, 금속판을 통해 방사되는 전파의 이득이 낮다는 한계를 가진다. 이에 본 출원인은 고주파수 범위에서 안테나 이득을 최적화할 수 있는 금속판의 형상에 대한 연구 개발을 진행하였다.However, in the case of such a planar antenna, the gain of radio waves radiated through the metal plate is low due to the influence of the shape of the metal plate. Accordingly, the present applicant has conducted research and development on the shape of the metal plate capable of optimizing the antenna gain in the high frequency range.

한국공개특허 제10-2014-0117855호Korean Patent Publication No. 10-2014-0117855 한국등록특허 제10-1099255호Korean Patent Registration No. 10-1099255

본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 고안한 것으로, 높은 주파수 대역에서 발생되는 높은 경로 손실을 보상하며, 금속판을 통해 전파되는 방사 이득을 최적화하여 안테나 성능 확보가 가능한 안테나를 제공함에 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an antenna capable of securing antenna performance by compensating for high path loss occurring in a high frequency band and optimizing radiation gain propagated through a metal plate.

본 발명이 해결하려는 과제들은 앞에서 언급한 과제들로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above. Other problems and advantages of the present invention will be more clearly understood from the description below.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 일면이 개방되며, 개방된 일면과 대향하는 타면은 커넥터와 연결되어 상기 커넥터를 통해 전력이 급전되는 공진기; 및 상기 공진기의 개방된 일면과 결합하며, 복수 개의 홀이 형성되어 상기 홀을 통해 상기 공진기 내부로 전파를 방사시키는 금속판을 포함하며, 상기 금속판은, 복수 개의 상기 홀이 n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열 또는 상기 금속판의 중심을 기준으로 방사형으로 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention has one surface open, and the other surface opposite to the open surface is connected to a resonator to which power is supplied through the connector; and a metal plate coupled to the open surface of the resonator and having a plurality of holes formed therein to radiate radio waves into the resonator through the holes, wherein the plurality of holes are n×m (n, m is an integer of 1 or more) or formed radially with respect to the center of the metal plate.

바람직하게, 상기 금속판은, 복수 개의 상기 홀이 상기 금속판의 중심을 기준으로 직교를 이루는 두 방향으로 방사형성될 수 있다.Preferably, the metal plate may have a plurality of holes radially formed in two directions orthogonal to the center of the metal plate.

바람직하게, 상기 금속판은, 복수 개의 상기 홀이 0도 이상 90도 이하 범위에서 회전된 n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열로 형성될 수 있다.Preferably, the metal plate may be formed in an array of n×m (n and m are integers equal to or greater than 1) in which the plurality of holes are rotated within a range of 0 degrees or more and 90 degrees or less.

바람직하게, 상기 금속판은, 상기 홀 간 배열 간격이 1파장 미만일 수 있다.Preferably, in the metal plate, an arrangement interval between the holes may be less than one wavelength.

바람직하게, 상기 금속판은, n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열과 p×q (p, q는 1 이상의 정수) 배열이 일면에서 결합된 형태로 복수 개의 상기 홀이 형성될 수 있다.Preferably, the metal plate may have a plurality of holes formed in a form in which an n×m (n and m are integers greater than 1) arrays and a p×q (p and q are integers greater than 1) arrays are combined on one surface. .

본 발명에 따르면, 안테나가 편평형으로 구성됨으로써, 기존의 공진기형 슬롯 안테나에 보다 구조가 단순하고, 설계 및 제작이 용이한 장점이 가진다. 또한 본 발명의 금속판 형상은 고주파 신호의 경우에도 안테나의 이득이 향상된 전파 방사가 가능한 형상으로서, 높은 경로 손실을 보상할 수 있으며 안테나의 성능이 향상되는 효과를 가진다.According to the present invention, since the antenna is configured in a flat shape, the structure is simpler than the existing resonator-type slot antenna, and it has the advantage of being easy to design and manufacture. In addition, the metal plate shape of the present invention is a shape capable of radiating radio waves with improved antenna gain even in the case of a high-frequency signal, and has an effect of compensating for high path loss and improving antenna performance.

도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 배열 안테나의 구성도로서, 홀이 2×2 배열로 형성된 경우를 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 도 1a의 슬롯 배열 안테나의 중앙이 절단된 모습을 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 배열 안테나의 구성도로서, 홀이 십자형으로 형성된 경우를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 도 2a의 슬롯 배열 안테나의 중앙이 절단된 모습을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 배열 안테나의 구성도로서, 홀이 벌집모양으로 형성된 경우를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 배열 안테나의 구성도로서, 3행 3열로 형성된 홀이 45도 회전된 배열인 경우를 나타낸다.
도 5는 일반적인 배열구조와 빔 조향제어를 나타낸다.
도 6은 이격 배열구조와 빔 조향제어를 나타낸다.1A is a configuration diagram of a slot array antenna according to an embodiment of the present invention, showing a case in which holes are formed in a 2×2 array.
FIG. 1B shows a state in which the center of the slot array antenna of FIG. 1A according to an embodiment of the present invention is cut.
2A is a configuration diagram of a slot array antenna according to an embodiment of the present invention, showing a case in which holes are formed in a cross shape.
FIG. 2B shows a state in which the center of the slot array antenna of FIG. 2A according to an embodiment of the present invention is cut.
3 is a configuration diagram of a slot array antenna according to an embodiment of the present invention, showing a case in which holes are formed in a honeycomb shape.
4 is a configuration diagram of a slot array antenna according to an embodiment of the present invention, showing an arrangement in which holes formed in 3 rows and 3 columns are rotated by 45 degrees.
5 shows a general arrangement structure and beam steering control.
6 shows a spaced arrangement structure and beam steering control.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by exemplary embodiments. The same reference numerals in each figure indicate members performing substantially the same function.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The objects and effects of the present invention can be naturally understood or more clearly understood by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1a는 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 배열 안테나(1)의 구성도로서, 홀(310)이 2×2 배열로 형성된 경우를 나타낸다. 도 1b는 본 발명의 실시 예에 따른 도 1a의 슬롯 배열 안테나(10)의 중앙이 절단된 모습을 나타낸다.1A is a configuration diagram of a slot array antenna 1 according to an embodiment of the present invention, showing a case in which holes 310 are formed in a 2×2 array. FIG. 1B shows a state in which the center of the slot array antenna 10 of FIG. 1A according to an embodiment of the present invention is cut.

슬롯 배열 안테나(1)는 복수 개의 홀(310)을 통해 THz 등의 고주파 대역에서 적용 가능한 제작성이 높은 배열 안테나일 수 있다. 기존의 공진기형 슬롯 안테나에 비하여 설계가 매우 용이하며, 구조가 단순하여, THz 대역에서의 설계와 제작에 용이하다는 장점을 갖는다. 슬롯 배열 안테나(1)는 공진기(10) 및 금속판(30)을 포함할 수 있다.The slot array antenna 1 may be an array antenna with high manufacturability applicable to a high frequency band such as THz through a plurality of holes 310 . Compared to conventional resonator-type slot antennas, it is very easy to design and has a simple structure, so it has the advantage of being easy to design and manufacture in the THz band. The slot array antenna 1 may include a resonator 10 and a metal plate 30 .

공진기(10)는 일면이 개방되며, 개방된 일면과 대향하는 타면은 커넥터(110)와 연결되어 커넥터(110)를 통해 전력이 급전될 수 있다. 커넥터(110)의 일예시로서, 커넥터(110) 도파관일 수 있다. 도 1a 또는 도 2b를 참고하면, 커넥터(110)는 공진기(10) 일면의 중심에 위치할 수 있다. 공진기(10)의 형태에 대한 예시로서, 도 1a 내지 도 4에서는 공진기(10)가 사각형인 경우를 도시하였으나, 공진기(10)의 형태는 이에 한정되지 않고, 원형 등으로 다양할 수 있다.One surface of the resonator 10 is open, and the other surface opposite to the open surface is connected to the connector 110 so that power can be supplied through the connector 110 . As an example of the connector 110, the connector 110 may be a waveguide. Referring to FIG. 1A or 2B , the connector 110 may be located at the center of one surface of the resonator 10 . As an example of the shape of the resonator 10, FIGS. 1A to 4 show a case where the resonator 10 has a rectangular shape, but the shape of the resonator 10 is not limited thereto and may be various such as a circular shape.

금속판(30)은 공진기(10)의 개방된 일면과 결합하며, 복수의 홀(310)이 형성되어 홀(310)을 통해 공진기(10) 내부로 전파를 방사시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 슬롯 배열 안테나(1)는 커넥터(110)를 통하여 급전된 공진기(10)의 상면에 복수 개의 홀(310)이 형성된 금속판(30)이 마련되어, 금속판(30)의 홀(310)을 통하여 전파가 방사되도록 설계될 수 있다. The metal plate 30 is coupled to one open surface of the resonator 10, and a plurality of holes 310 are formed so that radio waves can be radiated into the resonator 10 through the holes 310. That is, the slot array antenna 1 of the present invention is provided with a metal plate 30 having a plurality of holes 310 formed on the upper surface of the resonator 10 fed through the connector 110, and the hole 310 of the metal plate 30 ) can be designed to radiate radio waves.

본 발명의 슬롯 배열 안테나(1)는 공진기(100)의 높이에 영향받을 수 있으며, 특히 금속판(30)에 배치되는 홀(310)의 크기 또는 금속판(30) 중 홀(310)이 차지하는 점유 면적에 영향받을 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 홀(310)이 원형인 경우를 도시하였으나, 홀(310)은 다양한 형태일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 홀(310)은 사각형일 수 있다. 일 실시예로, 홀(310)이 원형인 경우, 슬롯 배열 안테나(1)의 이득 또는 효율은 홀(310) 지름(A)과 홀 중심 간 거리(B)에 따라 결정될 수 있으며, 홀(310)이 사각형인 경우, 면적의 크기에 영향받을 수 있다.The slot array antenna 1 of the present invention may be affected by the height of the resonator 100, and in particular, the size of the hole 310 disposed on the metal plate 30 or the area occupied by the hole 310 among the metal plate 30 can be affected by In the embodiment of the present invention, the case where the hole 310 is circular is illustrated, but the hole 310 may have various shapes and is not limited thereto. For example, the hole 310 may be rectangular. In one embodiment, when the hole 310 is circular, the gain or efficiency of the slot array antenna 1 may be determined according to the diameter A of the hole 310 and the distance B between the center of the hole 310. ) is a rectangle, it may be affected by the size of the area.

금속판(30)은 공진기(100)의 개방된 일면과 결합하며, 복수 개의 홀(310)이 형성될 수 있다. 금속판(30)은 복수 개의 홀(310)을 통해 공진기(100) 내부로 전파를 방사시킬 수 있다.The metal plate 30 may be coupled to one open surface of the resonator 100, and a plurality of holes 310 may be formed. The metal plate 30 may radiate radio waves into the resonator 100 through the plurality of holes 310 .

홀(310)은 n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열로 형성될 수 있으며, 또는 금속판(30)의 중심을 기준으로 방사형으로 형성될 수 있다. 또한, 금속판(30)은 홀(310)이 금속판(30)의 중심을 기준으로 직교를 이루는 두 방향으로 방사형성될 수 있다. 이러한 형태는 이하 도 2a 또는 도 2b에서 자세히 후술한다. 금속판(30)은 홀(310)이 90도 회전된 n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열로 형성될 수 있다. 이러한 형태는 이하 도 4에서 자세히 후술한다. 또한, 홀(310)은 n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열과 p×q (p, q는 1 이상의 정수) 배열이 일면에서 결합된 형태로 형성될 수 있다. 이때, n, m, p, q는 2개 이상의 변수가 동일한 경우 또는 4개의 변수가 모두 상이한 경우를 포함한다. 예를 들어, 4×2 배열과 2×2 배열이 결합할 수 있는데, 이때 2×2 배열은 4×2 배열의 2행과 3행의 우측에 결합되어 ‘ㅏ’ 형태를 형성할 수 있다. 따라서, 홀(310)의 배치는 비대칭적일 수 있다.The holes 310 may be formed in an array of n×m (where n and m are integers equal to or greater than 1), or formed radially with respect to the center of the metal plate 30 . In addition, the metal plate 30 may have holes 310 radially formed in two directions orthogonal to the center of the metal plate 30 . This form will be described later in detail in FIG. 2a or FIG. 2b. The metal plate 30 may be formed in an array of n×m (n and m are integers equal to or greater than 1) in which the holes 310 are rotated by 90 degrees. This form will be described later in detail in FIG. 4 . In addition, the hole 310 may be formed in a form in which an n×m (n and m are integers greater than 1) arrays and a p×q (p and q are integers greater than 1) arrays are combined on one surface. In this case, n, m, p, and q include a case where two or more variables are the same or a case where all four variables are different. For example, a 4x2 array and a 2x2 array can be combined. At this time, the 2x2 array can be combined to the right of the 2nd row and 3rd row of the 4x2 array to form an 'A' shape. Accordingly, the arrangement of the holes 310 may be asymmetrical.

한편, 금속판(30)에 형성되는 홀(310)은 Grating lobe를 억압하기 위해 홀(310) 중심 간 거리(B) 간격이 1파장 미만일 수 있다. 이때, 소자 안테나를 이격배열구조로 배열하면, 가로와 세로축의 전체 크기는 기존과 같은 상태에서 전기적으로 가로축과 세로축의 배열간격을 dx/2, dy/2로 기존 구조의 절반으로 축소할 수 있는 장점을 갖는다. 이를 통하여, 부엽특성을 개선하고, 빔 조향 제어 시 조향 오차를 최소화할 수 있다.Meanwhile, in the holes 310 formed in the metal plate 30, the distance B between centers of the holes 310 may be less than one wavelength in order to suppress a grating lobe. At this time, if the element antennas are arranged in a spaced array structure, the total size of the horizontal and vertical axes is electrically reduced to half of the existing structure with dx / 2 and dy / 2 of the arrangement spacing of the horizontal and vertical axes in the same state have an advantage Through this, side lobe characteristics can be improved and steering errors can be minimized during beam steering control.

도 1a 또는 도 1b는 4개의 홀(310)이 2×2 배열로 형성된 모습이다. 이때, 금속판(30)에 형성된 4개의 홀(310)은 금속판(30)의 중심점을 기준으로 하여 행 및 열 간 동일한 홀(310) 중심 간 거리(B)을 이루며 형성될 수 있다. 도 1a 또는 도 1b의 경우, 본 발명의 일실시예로서, 홀(310) 지름(A)는 1.8mm일 수 있으며, 홀(310) 간 간격(B)은 2.0mm일 수 있다. 홀(310) 중심 간 거리(B)는 이웃하는 두 개의 홀(310)의 중심 사이의 거리를 나타낸 것으로, 도 1a 또는 도 1b의 경우 홀(310)이 정사각형으로 형성되어 홀(310) 중심 간 거리(B)가 행과 열 사이에 동일할 수 있다.1A or 1B shows four holes 310 formed in a 2×2 array. In this case, the four holes 310 formed in the metal plate 30 may be formed with the same distance B between the centers of the holes 310 between rows and columns based on the center point of the metal plate 30 . 1A or 1B, as an embodiment of the present invention, the diameter A of the holes 310 may be 1.8 mm, and the distance B between the holes 310 may be 2.0 mm. The distance B between the centers of the holes 310 indicates the distance between the centers of two adjacent holes 310, and in the case of FIG. 1A or 1B, the holes 310 are formed in a square shape, so that the center The distance B may be the same between rows and columns.

도 1a과 같이 홀(310)이 2×2 배열로 4개 형성되며, 사각 공진기 구조를 적용한 경우, 하기 [표 1]과 같은 방사특성을 보이며, 하기 [표 2]와 같은 3D 방사패턴 및 안테나 효율을 나타낸다. [표 1]과 [표 2]은 홀(310)이 직경 1.8mm인 경우이며, 공진기(10)의 크기가 안테나 성능에 미치는 영향 및 공진기(10)의 최적 형상을 분석한 결과이다.As shown in FIG. 1A, four holes 310 are formed in a 2×2 array, and when a square resonator structure is applied, the radiation characteristics shown in [Table 1] below are shown, and the 3D radiation pattern and antenna shown in [Table 2] below represents efficiency. [Table 1] and [Table 2] are cases where the hole 310 has a diameter of 1.8 mm, and the results of analyzing the effect of the size of the resonator 10 on the antenna performance and the optimal shape of the resonator 10.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
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한편, 도 1a과 같이 홀(310)이 2×2 배열로 4개 형성된 경우에도 원형 공진기 구조를 적용한 경우에는 사각 공진기 구조를 적용한 [표 1] 및 [표 2]와는 상이한 방사특성, 3D 방사패턴 및 안테나 효율을 나타낸다. 하기 [표 3]과 [표 4]는 홀(310)이 직경 1.8mm인 경우의 방사특성([표 3])과 3D 방사패턴 및 안테나 효율([표 4])을 나타내어, 공진기(10)의 크기가 안테나 성능에 미치는 영향 및 공진기(10)의 최적 형상을 분석한 결과이다.On the other hand, even when four holes 310 are formed in a 2 × 2 array as shown in FIG. 1A, when a circular resonator structure is applied, radiation characteristics and 3D radiation patterns different from [Table 1] and [Table 2] to which a square resonator structure is applied and antenna efficiency. The following [Table 3] and [Table 4] show the radiation characteristics ([Table 3]), 3D radiation pattern and antenna efficiency ([Table 4]) when the hole 310 has a diameter of 1.8 mm, and the resonator 10 This is the result of analyzing the effect of the size of on the antenna performance and the optimal shape of the resonator 10.

Figure pat00003
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Figure pat00004
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도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 배열 안테나(10)의 구성도로서, 홀(310)이 십자형으로 형성된 경우를 나타낸다. 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 도 2a의 슬롯 배열 안테나(10)의 중앙이 절단된 모습을 나타낸다. 도 2a 또는 도 2b는 총 5개의 홀(310)이 형성되며, 중앙의 홀(310)을 기준으로 상하좌우로 하나씩 홀(310)이 형성된 모습이다. 즉, 수직축과 수평축, 두 개의 축으로 홀(310)이 형성될 수 있으며, 두 개의 축은 직교를 이를 수 있다. 도 2a 또는 도 2b에서는 홀(310)이 십자형인 경우를 도시하였지만, 중심부가 아닌 외각에 위치한 홀(310)이 45도 회전하는 경우(예를 들어, X자 형태)도 포함될 수 있다. 도 2a 또는 도 2b는 본 발명의 일 실시예로서, 홀(310) 지름(A)이 1.8mm일 수 있고, 홀(310) 중심 간 거리(B)는 2.0mm일 수 있다. 도 2b는 세로로 형성된 홀(310)이 수직인 경우의 슬롯 배열 안테나(10)의 중앙이 절단된 모습으로, 세 개의 수직 배열된 홀(310)이 절단된 모습일 수 있다.2A is a configuration diagram of a slot array antenna 10 according to an embodiment of the present invention, showing a case in which a hole 310 is formed in a cross shape. FIG. 2B shows a state in which the center of the slot array antenna 10 of FIG. 2A according to an embodiment of the present invention is cut. 2A or 2B shows a total of five holes 310 are formed, and the holes 310 are formed one by one in the upper, lower, left, and right directions based on the hole 310 in the center. That is, the hole 310 may be formed by two axes, a vertical axis and a horizontal axis, and the two axes may be perpendicular to each other. 2A or 2B shows the case where the hole 310 has a cross shape, but the case where the hole 310 located on the outside rather than the center rotates 45 degrees (eg, X shape) may also be included. 2A or 2B , as an embodiment of the present invention, the diameter A of the hole 310 may be 1.8 mm, and the distance B between centers of the holes 310 may be 2.0 mm. FIG. 2B shows a shape in which the center of the slot array antenna 10 is cut when the vertically formed hole 310 is vertical, and may be a shape in which three vertically arranged holes 310 are cut.

도 2a과 같이 홀(310)이 십자형 배열로서, 가로축와 세로축에 각각 3개(총 5개) 형성되며, 원형 공진기 구조를 적용한 경우, 하기 [표 5]와 같은 방사특성을 보이며, 하기 [표 6]과 같은 3D 방사패턴 및 안테나 효율을 나타낸다. [표 5]와 [표 6]은 홀(310)이 직경 1.8mm, 홀(310) 간 배열간격은 가로축과 세로축 모두 2mm인 경우이며, 공진기(10)의 크기가 안테나 성능에 미치는 영향 및 공진기(10)의 최적 형상을 분석한 결과이다.As shown in FIG. 2A, the holes 310 are arranged in a cross shape, and three holes (a total of five) are formed on the horizontal axis and the vertical axis, and when a circular resonator structure is applied, the radiation characteristics shown in [Table 5] below are shown, and [Table 6] ] and the same 3D radiation pattern and antenna efficiency. [Table 5] and [Table 6] are cases in which the diameter of the hole 310 is 1.8 mm and the spacing between the holes 310 is 2 mm in both the horizontal axis and the vertical axis, and the effect of the size of the resonator 10 on the antenna performance and the resonator This is the result of analyzing the optimal shape of (10).

Figure pat00005
Figure pat00005

Figure pat00006
Figure pat00006

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 배열 안테나(10)의 구성도로서, 홀(310)이 벌집모양으로 형성된 경우를 나타낸다. 도 3에서의 홀(310)의 배열은 중앙의 홀(310)을 중심으로 외각의 홀(310)이 방사형으로 형성될 수 있다. 외각의 홀(310)은 서로 선대칭되는 관계일 수 있으며, 또는 외각의 홀(310)의 위치가 회전하여 형성될 수 있다, 또한, 외각의 홀(310)은 홀(310) 지름(A)에 따라 형성될 수 있는 개수가 달라질 수 있다. 도 3의 경우, 홀(310) 지름(A)은 1.8mm이며, 공진기(10)의 가로 길이 및 세로 길이는 10.0mm인 경우로 예시하여, 외각의 홀(310)은 6개 형성될 수 있다.3 is a configuration diagram of a slot array antenna 10 according to an embodiment of the present invention, showing a case in which a hole 310 is formed in a honeycomb shape. In the arrangement of the holes 310 in FIG. 3 , outer holes 310 may be radially formed around the central hole 310 . The holes 310 of the outer shell may be in line-symmetrical relationship with each other, or the position of the holes 310 of the outer shell may be formed by rotation. In addition, the holes 310 of the outer shell may have a diameter (A) of the hole 310 Depending on the number that can be formed may vary. In the case of FIG. 3 , the diameter A of the hole 310 is 1.8 mm, and the horizontal and vertical lengths of the resonator 10 are 10.0 mm. Six outer holes 310 may be formed. .

도 3과 같이 직경 1.8mm의 홀(310) 7개가 벌집모양으로 방사형성된 경우, 하기 [표 7]과 같은 방사특성을 보이며, 하기 [표 8]와 같은 3D 방사패턴 및 안테나 효율을 나타낸다. [표 7]과 [표 8]은 홀(310)이 구조적으로 부엽특성이 나쁜 H-plane에 대해, 3개 홀(310)이 배치된 경우의 배치거리에서 전기적으로 5개의 홀(310)이 구성된 효과를 갖는 경우를 나타낸다. 즉, 홀(310) 간 간격이 2mm에서 1mm로 좁아지는 경우를 의미한다. 따라서, H-plane에 대해 홀(310) 간 간격을 최소화함으로써 부엽성능을 개선할 수 있는 효과를 갖는다.As shown in FIG. 3, when seven holes 310 with a diameter of 1.8 mm are radially formed in a honeycomb shape, radiation characteristics are shown in Table 7 below, and 3D radiation patterns and antenna efficiency are shown in Table 8 below. [Table 7] and [Table 8] show that 5 holes 310 electrically occur at the arrangement distance when 3 holes 310 are arranged in the H-plane, where the side lobe characteristics of the holes 310 are structurally poor. Indicates a case with a configured effect. That is, it means a case where the distance between the holes 310 is narrowed from 2 mm to 1 mm. Therefore, by minimizing the distance between the holes 310 with respect to the H-plane, side lobe performance can be improved.

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 슬롯 배열 안테나(10)의 구성도로서, 3행 3열로 형성된 홀(310)이 45도 회전된 배열인 경우를 나타낸다. 도 4는 45도 회전된 경우를 도시하였으나, 이는 본 발명의 일실시예로서, 회전각도에 제한되지 않을 수 있다.4 is a configuration diagram of a slot array antenna 10 according to an embodiment of the present invention, showing an arrangement in which holes 310 formed in 3 rows and 3 columns are rotated by 45 degrees. Although FIG. 4 shows a case rotated by 45 degrees, this is an embodiment of the present invention and may not be limited to the rotation angle.

도 4와 같이 3행 3열 배열로 형성된 직경 1.8mm의 홀(310)이 45도 회전된 경우, 하기 [표 9]와 같은 방사특성을 보이며, 하기 [표 10]]과은 3D 방사패턴 및 안테나 효율을 나타낸다. [표 9]와 [표 10]은 E-plane과 H-plane 모두에 대해, 3개 홀(310)이 배치된 경우의 배치거리에서 전기적으로 5개의 홀(310)이 구성된 효과를 갖는 경우를 나타낸다. 즉, 홀(310) 간 간격이 2.8mm에서 1.4mm로 좁아지는 경우를 의미하며, 이는 구조적으로 배열간격이 넓어지는 효과는 낳는다. 따라서, H-plane에 대해 홀(310) 간 간격을 최소화함으로써 부엽성능을 개선할 수 있는 효과를 갖는다.As shown in FIG. 4, when the hole 310 with a diameter of 1.8 mm formed in an array of 3 rows and 3 columns is rotated 45 degrees, the radiation characteristics shown in [Table 9] below are shown, and the 3D radiation pattern and antenna shown in [Table 10] below represents efficiency. [Table 9] and [Table 10] show the case where five holes 310 have an effect electrically in the arrangement distance when three holes 310 are arranged for both the E-plane and the H-plane. indicate That is, it means a case where the distance between the holes 310 is narrowed from 2.8 mm to 1.4 mm, which structurally results in an effect of widening the arrangement distance. Therefore, by minimizing the distance between the holes 310 with respect to the H-plane, side lobe performance can be improved.

Figure pat00009
Figure pat00009

Figure pat00010
Figure pat00010

도 5는 일반적인 배열구조와 빔 조향제어를 나타내며, 도 6은 이격 배열구조와 빔 조향제어를 나타낸다. 홀(310)이 도 1a 또는 도 2a와 같이 형성된 공진기의 부엽특성 개선을 위하여, 홀(310)이 도 3과 같이 형성된 공진기 구조에서는 이격 배열구조(Offset array structure)를 적용될 수 있다. 이격 배열구조는 도 5와 같이, 16개의 소자 안테나를 이용한 일반적인 정방형 8x2 배열구조일 수 있다. 이 경우, 홀(310)의 배열 간격은 dx와 dy를 가지며, Grating lobe를 억압하기 위해 배열 간격을 1파장(λ) 미만으로 설계될 수 있다.5 shows a general arrangement structure and beam steering control, and FIG. 6 shows a spaced arrangement structure and beam steering control. In order to improve side lobe characteristics of the resonator in which the hole 310 is formed as shown in FIG. 1A or 2A, an offset array structure may be applied to the resonator structure in which the hole 310 is formed as shown in FIG. 3 . As shown in FIG. 5, the spaced array structure may be a general square 8x2 array structure using 16 element antennas. In this case, the array interval of the holes 310 has dx and dy, and the array interval can be designed to be less than 1 wavelength (λ) in order to suppress the grating lobe.

만약, 홀(310)의 배열 간격이 배열구조 및 소자 안테나의 크기 등의 이유로 1파장 미만으로 설계되기 어려운 경우에는 도 6과 같이, 동일한 16개의 소자 안테나를 이격 배열구조가 적용될 수 있다. 이 경우, 도 6과의 이격 배열구조는 전체 배열 크기는 도 5와 동일하나, 전기적으로 가로축과 세로축 사이의 배열간격(dx/2, dy/2)을 기존 구조의 절반으로 축소할 수 있는 장점을 갖는다. 이를 통하여, 부엽 특성을 개선하고, 빔 조향 제어 시 조향오차를 최소화할 수 있다.If it is difficult to design the arrangement spacing of the holes 310 to be less than one wavelength due to the arrangement structure and the size of the element antennas, the same 16 element antennas may be spaced apart, as shown in FIG. 6 . In this case, the spaced array structure with FIG. 6 has the same overall array size as that of FIG. 5, but electrically the array spacing (dx/2, dy/2) between the horizontal axis and the vertical axis can be reduced to half of the existing structure. have Through this, side lobe characteristics can be improved and steering errors can be minimized during beam steering control.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다. Although the present invention has been described in detail through representative embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications are possible to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. will be. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by all changes or modifications derived from the claims and equivalent concepts as well as the claims to be described later.

1: 슬롯 배열 안테나
10: 공진기
110: 커넥터
30: 금속판
310: 홀
A: 홀 지름
B: 홀 중심 간 거리1: slot array antenna
10: resonator
110: connector
30: metal plate
310: hall
A: hole diameter
B: distance between hole centers

Claims (5)

일면이 개방되며, 개방된 일면과 대향하는 타면은 커넥터와 연결되어 상기 커넥터를 통해 전력이 급전되는 공진기; 및
상기 공진기의 개방된 일면과 결합하며, 복수 개의 홀이 형성되어 상기 홀을 통해 상기 공진기 내부로 전파를 방사시키는 금속판을 포함하며,
상기 금속판은,
복수 개의 상기 홀이 n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열 또는 상기 금속판의 중심을 기준으로 방사형으로 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.
a resonator having one surface open and the other surface opposite to the open surface connected to a connector so that power is supplied through the connector; and
A metal plate coupled to the open surface of the resonator and having a plurality of holes formed therein to radiate radio waves into the resonator through the holes;
The metal plate,
A slot array antenna, characterized in that the plurality of holes are formed in an n×m (n, m is an integer of 1 or more) array or radially based on the center of the metal plate.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속판은,
복수 개의 상기 홀이 상기 금속판의 중심을 기준으로 직교를 이루는 두 방향으로 방사형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.
According to claim 1,
The metal plate,
A slot array antenna, characterized in that the plurality of holes are radially formed in two directions orthogonal to the center of the metal plate.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속판은,
복수 개의 상기 홀이 0도 이상 90도 이하 범위에서 회전된 n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.
According to claim 1,
The metal plate,
A slot array antenna, characterized in that the plurality of holes are formed in an array of n × m (n, m is an integer greater than or equal to 1) rotated in the range of 0 degrees or more and 90 degrees or less.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속판은,
상기 홀 간 배열 간격이 1파장 미만인 것을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.
According to claim 1,
The metal plate,
A slot array antenna, characterized in that the array interval between the holes is less than 1 wavelength.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속판은,
n×m (n, m은 1 이상의 정수) 배열과 p×q (p, q는 1 이상의 정수) 배열이 일면에서 결합된 형태로 복수 개의 상기 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.According to claim 1,
The metal plate,
A slot array antenna, characterized in that a plurality of holes are formed in a form in which an n × m (n, m is an integer greater than or equal to 1) array and a p × q (p, q are an integer greater than or equal to 1) array are combined on one surface.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040077052A (en) * 2003-02-27 2004-09-04 한국전자통신연구원 Wideband slot antenna and slot array antenna using the same
KR20050060947A (en) * 2003-12-17 2005-06-22 한국전자통신연구원 Stacked microstrip antenna using metal sheet with aperture
KR101099255B1 (en) 2009-01-14 2011-12-27 주식회사 아모텍 Patch antenna
KR20140117855A (en) 2013-03-27 2014-10-08 한국광성전자 주식회사 Patch antenna for circle type array on mesh structure
KR20190142318A (en) * 2017-05-02 2019-12-26 로저스코포레이션 Electromagnetic Reflector for Use in Dielectric Resonator Antenna Systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040077052A (en) * 2003-02-27 2004-09-04 한국전자통신연구원 Wideband slot antenna and slot array antenna using the same
KR20050060947A (en) * 2003-12-17 2005-06-22 한국전자통신연구원 Stacked microstrip antenna using metal sheet with aperture
KR101099255B1 (en) 2009-01-14 2011-12-27 주식회사 아모텍 Patch antenna
KR20140117855A (en) 2013-03-27 2014-10-08 한국광성전자 주식회사 Patch antenna for circle type array on mesh structure
KR20190142318A (en) * 2017-05-02 2019-12-26 로저스코포레이션 Electromagnetic Reflector for Use in Dielectric Resonator Antenna Systems

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