WO2017014593A1 - 복합 좌우현 전송선로 및 접지면을 이용한 비대칭 공면 도파관 안테나 - Google Patents

복합 좌우현 전송선로 및 접지면을 이용한 비대칭 공면 도파관 안테나 Download PDF

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WO2017014593A1
WO2017014593A1 PCT/KR2016/008017 KR2016008017W WO2017014593A1 WO 2017014593 A1 WO2017014593 A1 WO 2017014593A1 KR 2016008017 W KR2016008017 W KR 2016008017W WO 2017014593 A1 WO2017014593 A1 WO 2017014593A1
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WO
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ground
crlh
ground plane
unit
antenna
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/008017
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남상욱
우덕제
이학준
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서울대학교산학협력단
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • 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
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an asymmetric coplanar waveguide antenna. More particularly, the present invention relates to an asymmetric coplanar waveguide antenna using a composite left and right transmission line and a ground plane.
  • Metamaterial antennas are mainly implemented using CRLH, epsilon negative (ENG), and mu negative (MNG) transmission lines. Such transmission lines may adjust a phase of an incident wave to obtain a desired propagation constant at a desired frequency.
  • CRLH CRLH
  • ENG epsilon negative
  • MNG mu negative
  • FIG. 1 is a diagram disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0130620, which shows an example of a metamaterial antenna, and there is a limit in increasing the bandwidth of the metamaterial antenna shown in FIG. 1.
  • the object of the present invention is to solve all the above-mentioned problems.
  • Another object of the present invention is to implement a wideband antenna rather than a metamaterial antenna.
  • Another object of the present invention is to implement an antenna having a large bandwidth and a small size.
  • a first ground portion formed on one layer of a substrate, a composite right / left handed transmission line (CRLH-TL) portion formed on one layer of the substrate and connected to the first ground portion, the substrate A second ground portion formed on another layer of the substrate, and one or more vias connecting the CRLH-TL portion and the second ground portion to generate resonance at the CRLH-TL portion and the second ground portion. Let's do it.
  • CRLH-TL right / left handed transmission line
  • the CRLH-TL portion formed on one layer of the substrate, and formed in a form surrounding the CRLH-TL portion on one layer of the substrate, having a ground portion connected to the CRLH-TL portion A plurality of resonances are generated in the CRLH-TL unit and the ground unit, respectively.
  • the present invention it is possible to implement a wideband antenna than the metamaterial antenna, and to implement an antenna having a large bandwidth and a small size.
  • 1 is a diagram illustrating an example of a metamaterial antenna.
  • FIG. 2 is a plan view of an antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a CRLH-TL unit of FIG. 2A.
  • 5 is a distribution diagram of a CRLH-TL unit.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a current distribution when resonance occurs in the second ground part of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a graph showing simulation results and measurement results for S-parameter response in an antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a simulated radiation pattern and a measured radiation pattern in an antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing the radiation efficiency measured in the antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing the front and back views of the antenna manufactured according to the embodiment of the present invention.
  • the directions of the components are described as one of the x direction, the y direction, and the z direction, but these directions are merely examples and may be variously modified.
  • FIG. 2 is a plan view of an antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a CRLH-TL unit of FIG. 2.
  • FIG. 2 is a view showing one layer of the antenna according to an embodiment of the present invention
  • the bottom view of Figure 2 is a view showing another layer of the antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the antenna 200 includes a first grounding unit 210, a composite right / left handed transmission line (CRLH-TL) unit 230, and a second grounding unit. 250, and vias 271-275.
  • CTLH-TL composite right / left handed transmission line
  • the first ground portion 210 is formed on one layer of the substrate, and the second ground portion 250 is formed on the other layer of the substrate and spaced apart from each other.
  • the first grounding portion 210 is formed on the upper layer of the substrate and the second grounding portion 250 is shown on the lower layer of the substrate, but this is merely an example.
  • the position at which the first ground portion 210 and the second ground portion 250 are formed may be variously changed.
  • a composite right / left handed transmission line (CRLH-TL) unit 230 is formed on one layer of the substrate and is connected to the first ground unit 210.
  • the CRLH-TL unit 230 is connected to the second ground unit 250 by vias 271 to 275.
  • the number of vias 271 to 275 is illustrated as five, but this is merely an example, and the number of vias may be variously modified.
  • Resonance may occur in both the CRLH-TL unit 230 and the second ground unit 250.
  • the CRLH-TL unit 230 may use zero order order resonance (ZOR) and first positive order resonance (FPOR).
  • ZOR zero order order resonance
  • FPOR first positive order resonance
  • the resonance used in the CRLH-TL unit 230 is not limited to ZOR and FPOR, and may be FNOR (first negative order resonance), and may use all of ZOR, FPOR, FNOR, or only some of the above resonances. have.
  • ZOR which is the resonance of the metamaterial transmission line, a resonance regardless of the antenna size can be obtained to implement an antenna having a smaller size than general antennas.
  • the second ground part 250 may generate a plurality of resonances. For example, lambda / 2 resonance and lambda resonance can be generated. In the antenna 200 according to the embodiment of the present invention, the bandwidths may be increased by adding the resonances generated in this way. According to the length or width of the second ground unit 250, the resonance frequency generated by the second ground unit 250 may be determined.
  • the second ground part 250 may include a second-first ground plane 252, a second-second ground plane 254, and a second-three ground plane 256.
  • the 2-1 ground plane 252, the 2-2 ground plane 254, and the 2-3 ground plane 256 may be connected to each other in a U shape. According to the length or width of the second--2 ground plane 254 positioned in the middle of the U-shape, the resonance frequency generated by the second ground unit 250 may be determined.
  • the first ground portion 210 may include a first-first ground plane 212 and a first-second ground plane 214.
  • the first-first ground plane 212 may be connected to one end of the CRLH-TL part 230
  • the first-second ground plane 214 may be connected to the other end of the CRLH-TL part 230.
  • the length or width of the second-first ground plane 252 may be designed to be shorter than the length or width of the first-first ground plane 212. That is, the length L3 of the second-two ground plane 254 may be increased. Accordingly, the second ground plane 250 can generate a plurality of resonances such as lambda / 2 resonance and lambda resonance, and can increase the bandwidth of the antenna.
  • the first ground portion 210 may further include a first-three ground plane 216 connected to the CRLH-TL portion 230.
  • the vias 271 to 275 may connect the 1-3 ground plane 216 and the 2-3 ground plane 256.
  • the CRLH-TL unit 230 may include a plurality of CRLH-TL units 232 and 234.
  • the plurality of CRLH-TL units 232 and 234 may be formed on one layer of the substrate and connected to the first grounding portion 210, and may be connected in a cascade manner. As such, by connecting the CRLH-TL units 232 and 234 and connecting the ends thereof to the ground, the short-ended CRLH transmission line can be realized, thereby minimizing the size of the antenna.
  • FIG. 2 illustrates that the number of CRLH-TL units 232 and 234 is two, this is only an example and may be variously modified. As the number of CRLH-TL units increases, the number of resonances increases, so that the bandwidth can be increased. However, the size of the antenna increases in the opposite direction.
  • the CRLH-TL unit 232 may include a transmission line 232_1 and a patch 232_2.
  • the transmission line 232_1 may be connected to the first-first ground plane 212 of the first ground unit 210 and may be a meander transmission line serving as an inductance.
  • the patch 232_2 is connected to the first-second ground plane 214 of the first ground portion 210 and may serve as a capacitance.
  • the CRLH-TL unit 232 may further include a ground 232_3.
  • the ground 232_3 may be disposed between the first ground portion 210 and the transmission line 232_1.
  • the CRLH-TL unit 234 is similar to the CRLH-TL unit 232, and thus description thereof will be omitted.
  • the CRLH-TL units 232 and 234 may be represented by series capacitance, shunt capacitance, series inductance, and shunt inductance.
  • 5 is a distribution diagram of a CRLH-TL unit.
  • the ZOR, FNOR and FPOR frequencies are 2.4GHz, 1.591GHz and 5.67GHz, respectively.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a current distribution when resonance occurs in the second ground part of FIG. 2.
  • 6A shows lambda / 2 resonance at frequency 3.8 GHz. In this case, it can be seen that the current flows in only one side in the U shape in the second grounding part 250.
  • 6b shows lambda resonance at a frequency of 7.6 GHz. In this case, it can be seen that the current flows in both sides of the second grounding part 250.
  • FIG. 7 is a graph showing simulation results and measurement results for S-parameter response in an antenna according to an embodiment of the present invention.
  • an S-parameter response can be obtained through simulation and measurement, and the obtained -10 dB frequency band is 2.69 GHz to 9.15 GHz (109.1%).
  • 1.5 GHz, 2.59 GHz, and 5.52 GHz are FNOR, ZOR, and FPOR, respectively.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a simulated radiation pattern and a measured radiation pattern in an antenna according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Radiation patterns were measured in the non-directional chamber and measured at the E plane (xz plane) and H plane (yz plane) for each resonance frequency.
  • the maximum gains measured were 4.47 dBi, 3.3 dBi, 1.97 dBi, and 4.08 dBi at each frequency. Radiation efficiency measured at 65.91% or more at all frequencies.
  • FIG. 9 is a graph showing the radiation efficiency measured in the antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the radiation efficiency of the antenna was measured from 65.91% to 98.01%.
  • FIG. 10 is a view showing the front and back views of the antenna manufactured according to the embodiment of the present invention.
  • a first ground portion 210 is formed on a front surface (upper layer of a substrate) of an antenna 200 manufactured according to an embodiment of the present invention, and an antenna 200 manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • the second ground part 250 is formed on the back side of the substrate (the lower layer of the substrate), but this is merely an example, and the positions at which the first ground part 210 and the second ground part 250 are formed are various. It can be changed as described above.
  • Table 1 is a table comparing the performance of the antenna according to the embodiment of the present invention with other antennas.
  • FIG. 11 is a plan view of an antenna according to another embodiment of the present invention.
  • an antenna 1100 includes a CRLH-TL unit 1110 and a ground unit 1130.
  • the ground portion 1130 is disposed on the same layer as the CRLH-TL portion 1110. Is formed.
  • the ground portion 1130 is connected to the CRLH-TL portion 1110.
  • the ground portion 1130 is formed to surround the CRLH-TL portion 1110 on one layer of the substrate, and surrounds a portion of the CRLH-TL portion 1110 except for a portion thereof.
  • the CRLH-TL part 1110 and the ground part 1130 generate a plurality of resonances, respectively.
  • the grounding unit 1130 may include the first-first ground plane 1111, the first-two ground plane 1112, the second-first ground plane 1113, the second-two ground plane 1114, and the second-second ground plane 1130.
  • Three ground planes 1115 may be provided.
  • the 2-1 ground plane 1113, the 2-2 ground plane 1114, and the 2-3 ground plane 1115 may be connected to each other in a U shape. According to the length or width of the second-two ground plane 1114 positioned in the middle of the U-shape, the resonance frequency generated by the ground unit 1130 may be determined.
  • the length or width of the second-first ground plane 1113 may be shorter than the length or width of the first-first ground plane 1111. That is, the ground portion 1110 may be formed in an asymmetrical manner in such a manner that the sizes of the 2-1st ground plane 1113 and the 1-1st ground plane 1111 are different.

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

본 발명은 기판의 일층에 형성되는 제1접지부, 상기 기판의 일층에 형성되며 상기 제1접지부에 연결되는 CRLH-TL(composite right/left handed transmission line)부, 상기 기판의 다른 일층에 형성되는 제2접지부, 및 상기 CRLH-TL부와 상기 제2접지부를 연결하는 하나 이상의 비어(via)를 구비하고, 상기 CRLH-TL부 및 상기 제2접지부에서 공진을 발생시키는 안테나를 개시한다. 본 발명에 의하면, 메타물질 안테나보다 광대역 안테나를 구현할 수 있고, 대역폭이 크면서도 작은 크기의 안테나를 구현할 수 있다.

Description

복합 좌우현 전송선로 및 접지면을 이용한 비대칭 공면 도파관 안테나
본 발명은 비대칭 공면 도파관 안테나에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복합 좌우현 전송선로 및 접지면을 이용한 비대칭 공면 도파관 안테나에 관한 것이다.
메타물질 안테나는 주로 CRLH, ENG(epsilon negative), MNG(mu negative) 전송선로를 이용하여 구현된다. 이러한 전송선로들은 입사파의 위상를 조절하여 원하는 주파수에서 원하는 전파 상수(propagation constant)를 얻을 수 있다.
그러나, 메타물질 안테나는 대역폭이 매우 좁다는 단점이 있다. 예를 들어, 도 1은 대한민국 공개특허 10-2012-0130620호에 개시된 도면으로써, 메타물질 안테나의 한 예를 나타내는 도면인 바, 도 1에 도시된 메타물질 안테나의 대역폭의 늘리는 데는 한계가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 메타물질 안테나보다 광대역 안테나를 구현하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 대역폭이 크면서도 작은 크기의 안테나를 구현하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 기판의 일층에 형성되는 제1접지부, 상기 기판의 일층에 형성되며 상기 제1접지부에 연결되는 CRLH-TL(composite right/left handed transmission line)부, 상기 기판의 다른 일층에 형성되는 제2접지부, 및 상기 CRLH-TL부와 상기 제2접지부를 연결하는 하나 이상의 비어(via)를 구비하고, 상기 CRLH-TL부 및 상기 제2접지부에서 공진을 발생시킨다.
본 발명의 다른 일 태양에 따르면, 기판의 일층에 형성되는 CRLH-TL부, 및 상기 기판의 일층에 상기 CRLH-TL부를 둘러싸는 형태로 형성되며, 상기 CRLH-TL부에 연결되는 접지부를 구비하고, 상기 CRLH-TL부 및 상기 접지부에서 각각 복수 개의 공진을 발생시킨다.
본 발명에 의하면, 메타물질 안테나보다 광대역 안테나를 구현할 수 있고, 대역폭이 크면서도 작은 크기의 안테나를 구현할 수 있다.
도 1은 메타물질 안테나의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 평면도이다.
도 3은 도 2a의 CRLH-TL 유닛을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 CRLH-TL 유닛의 등가회로도이다.
도 5는 CRLH-TL 유닛의 분산 다이어그램이다.
도 6은 도 2의 제2접지부에서 공진이 일어나는 경우 전류분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 S-파라미터 응답에 대하여 시뮬레이션 결과와 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 시뮬레이션 방사패턴과 측정된 방사패턴을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 측정된 방사효율을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 안테나의 앞면과 뒷면의 모습을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2에는 구성요소들의 방향이 x 방향, y 방향, z 방향 중의 하나로 설명되고 있으나, 이러한 방향은 단순한 예시일 뿐이고 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
또한, 본 명세서의 도면 및 설명에서, 각 구성요소들의 크기가 제시되어 있으나, 이는 예시이고 다양하게 변형될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 평면도이다.
도 3은 도 2의 CRLH-TL 유닛을 나타내는 도면이다.
도 2의 위쪽 도면은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 하나의 층을 나타내는 도면이고, 도 2의 아래쪽 도면은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 다른 하나의 층을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나(200)는 제1접지부(210), CRLH-TL(composite right/left handed transmission line)부(230), 제2접지부(250), 및 비어(via, 271~275)를 구비한다.
제1접지부(210)는 기판의 일층에 형성되고, 제2접지부(250)는 기판의 다른 일층에 형성되어, 서로 이격되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 안테나(200)에서는 제1접지부(210)가 기판의 위층에 형성되고 제2접지부(250)가 기판의 아래층에 형성되는 것으로 도시되었으나, 이는 단순한 예시일 뿐이고, 제1접지부(210)와 제2접지부(250)가 형성되는 위치는 다양하게 변경될 수 있다.
CRLH-TL(composite right/left handed transmission line)부(230)는 기판의 일층에 형성되며, 제1접지부(210)에 연결된다. 또한, CRLH-TL부(230)는 비어(271~275)에 의하여 제2접지부(250)에도 연결된다. 한편, 도 2에는 비어(271~275)의 개수가 5개인 것으로 도시되었으나, 이는 단순한 예시일 뿐이고, 비어의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
CRLH-TL부(230) 및 제2접지부(250)에서 모두 공진을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, CRLH-TL부(230)에서는 ZOR(zeroth order resonance) 및 FPOR(first positive order resonance)을 이용할 수 있다. 단, CRLH-TL부(230)에서 이용하는 공진은 ZOR 및 FPOR에 한정되는 것은 아니고, FNOR(first negative order resonance)도 가능하며, ZOR, FPOR, FNOR 모두 이용하거나 또는 위 공진들 중에서 일부만을 이용할 수도 있다. 메타물질 전송선로의 공진인 ZOR를 이용하여 안테나 크기에 관계없는 공진을 얻어내 일반적인 안테나들에 비해서 더 작은 크기의 안테나를 구현할 수 있다.
제2접지부(250)에서는 복수 개의 공진을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, λ/2공진 및 λ공진을 발생시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 안테나(200)에서는, 이렇게 발생시킨 여러 개의 공진들을 합하여 대역폭을 늘릴 수 있다. 제2접지부(250)의 길이 또는 폭에 따라, 제2접지부(250)에서 발생하는 공진 주파수가 결정될 수 있다.
제2접지부(250)는, 제2-1접지면(252), 제2-2접지면(254), 및 제2-3접지면(256)을 구비할 수 있다. 제2-1접지면(252), 제2-2접지면(254), 및 제2-3접지면(256)은 ㄷ자 형태로 서로 연결될 수 있다. ㄷ자 형태의 중간에 위치하는 제2-2접지면(254)의 길이 또는 폭에 따라, 제2접지부(250)에서 발생하는 공진 주파수가 결정될 수 있다.
제1접지부(210)는, 제1-1접지면(212)과 제1-2접지면(214)을 구비할 수 있다. 제1-1접지면(212)은 CRLH-TL부(230)의 일단에 연결되고, 제1-2접지면(214)은 CRLH-TL부(230)의 다른 일단에 연결될 수 있다.
제2-1접지면(252)의 길이 또는 폭은, 제1-1접지면(212)의 길이 또는 폭보다 짧도록 설계될 수 있다. 즉, 제2-2접지면(254)의 길이(L3)를 늘릴 수 있다. 그에 따라, 제2접지면(250)에서 λ/2공진 및 λ공진 등 복수 개의 공진을 발생시킬 수 있고, 안테나의 대역폭을 크게 할 수 있다.
제1접지부(210)는 CRLH-TL부(230)에 연결되는 제1-3접지면(216)을 더 구비할 수 있다. 이 경우, 비어(271~275)는 제1-3접지면(216)과 제2-3접지면(256)을 연결할 수 있다.
CRLH-TL부(230)는 복수개의 CRLH-TL 유닛들(232, 234)을 구비할 수 있다. 복수개의 CRLH-TL 유닛들(232, 234)은 기판의 일층에 형성되고 제1접지부(210)에 연결될 수 있으며, 캐스케이드(cascade) 방식으로 연결될 수 있다. 이와 같이, CRLH-TL 유닛들(232, 234)을 연결하고 그 끝을 접지에 연결함으로써, short-ended CRLH 전송선로 특성을 구현할 수 있고, 그에 따라 안테나의 크기를 소형화 시킬 수 있다.
도 2에는 CRLH-TL 유닛(232, 234)의 개수가 2개인 것으로 도시되었으나, 이는 예시일 뿐이고 다양하게 변형될 수 있다. CRLH-TL 유닛의 개수가 늘어나면 공진 개수도 늘어나므로 대역폭은 더욱 크게 할 수 있으나, 반대급부로 안테나의 크기가 커지게 된다.
CRLH-TL 유닛(232)은 전송선로(232_1) 및 패치(232_2)를 구비할 수 있다. 전송선로(232_1)는 제1접지부(210)의 제1-1접지면(212)에 연결되며, 인덕턴스 역할을 하는 구불구불한(meander) 전송선로일 수 있다. 패치(232_2)는 제1접지부(210)의 제1-2접지면(214)에 연결되며, 캐패시턴스 역할을 할 수 있다.
CRLH-TL 유닛(232)은 그라운드(232_3)를 더 구비할 수 있다. 그라운드(232_3)는 제1접지부(210)와 전송선로(232_1) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 위에서는 CRLH-TL 유닛(232)만을 예시로 설명하였으나, CRLH-TL 유닛(234)의 경우도 CRLH-TL 유닛(232)과 유사하므로, 그에 관한 설명은 생략한다.
도 4는 도 3의 CRLH-TL 유닛의 등가회로도이다.
도 4를 참조하면, CRLH-TL 유닛(232, 234)은 직렬 캐패시턴스(series capacitance), 분류 캐패시턴스(shunt capacitance), 직렬 인덕턴스(series inductance), 분류 인덕턴스(shunt inductance)로 표현될 수 있다.
도 5는 CRLH-TL 유닛의 분산 다이어그램이다.
도 5는 Full-wave 시뮬레이션을 이용하여 CRLH-TL 유닛(232, 234)의 분산 다이어그램을 나타낸 것이다. ZOR와 FNOR, FPOR 주파수는 각각 2.4GHz, 1.591GHz, 5.67GHz이다.
도 6은 도 2의 제2접지부에서 공진이 일어나는 경우 전류분포를 나타내는 도면이다.
도 6a는 주파수 3.8 GHz의 λ/2 공진을 나타낸다. 이 경우, 제2접지부(250)에서 전류가 U자 형태로 한쪽으로만 흐르는 것을 알 수 있다. 도 6b는 주파수 7.6 GHz의 λ 공진을 나타낸다. 이 경우, 제2접지부(250)에서 전류가 양쪽으로 흐르는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 S-파라미터 응답에 대하여 시뮬레이션 결과와 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 시뮬레이션과 측정을 통하여 S-parameter response를 얻을 수 있고, 얻어진 -10dB 주파수 대역은 2.69GHz~9.15GHz(109.1%)이다. 시뮬레이션 결과에서 얻어진 공진 중 1.5GHz, 2.59GHz, 5.52GHz는 각각 FNOR, ZOR, FPOR이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 시뮬레이션 방사패턴과 측정된 방사패턴을 나타내는 그래프이다.
방사패턴은 무방향실에서 측정되었으며 각 공진주파수 별로 E 평면(xz 면), H 평면(yz 면)에서 측정하였다. 측정된 최대 이득은 각 주파수에서 4.47dBi, 3.3dBi, 1.97dBi, 4.08dBi이었다. 방사효율은 전 주파수에서 65.91% 이상으로 측정되었다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 안테나에서 측정된 방사효율을 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 안테나의 방사효율은 65.91%에서 98.01%까지로 측정되었다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 안테나의 앞면과 뒷면의 모습을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제작된 안테나(200)의 앞면(기판의 위층)에 제1접지부(210)가 형성되고, 본 발명의 실시예에 따라 제작된 안테나(200)의 뒷면(기판의 아래층)에 제2접지부(250)가 형성되는 것으로 제작되었으나, 이는 단순한 예시일 뿐이고, 제1접지부(210)와 제2접지부(250)가 형성되는 위치는 다양하게 변경될 수 있다는 점은 앞서 설명된 바 있다.
표 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나의 성능을 다른 안테나와 비교한 표이다.
Figure PCTKR2016008017-appb-T000001
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나의 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나(1100)는 CRLH-TL부(1110) 및 접지부(1130)를 구비한다.
이하에서는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 안테나(200)와 다른 부분을 중심으로 설명한다.
도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 안테나(200)와 달리, 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나(1100)에서는, 접지부(1130)가 CRLH-TL부(1110)와 같은 층에 형성된다.
접지부(1130)는 CRLH-TL부(1110)에 연결된다. 접지부(1130)는 기판의 일층에 CRLH-TL부(1110)를 둘러싸는 형태로 형성되며, CRLH-TL부(1110)의 일부를 제외하고 둘러싼다. CRLH-TL부(1110) 및 접지부(1130)에서 각각 복수 개의 공진을 발생시킨다.
접지부(1130)는 제1-1접지면(1111), 제1-2접지면(1112), 제2-1접지면(1113), 제2-2접지면(1114), 및 제2-3접지면(1115)을 구비할 수 있다. 제2-1접지면(1113), 제2-2접지면(1114), 및 제2-3접지면(1115)은 ㄷ자 형태로 서로 연결될 수 있다. ㄷ자 형태의 중간에 위치하는 제2-2접지면(1114)의 길이 또는 폭에 따라, 접지부(1130)에서 발생하는 공진 주파수가 결정될 수 있다.
제2-1접지면(1113)의 길이 또는 폭은, 제1-1접지면(1111)의 길이 또는 폭보다 짧을 수 있다. 즉, 제2-1접지면(1113)과 제1-1접지면(1111)의 크기가 달라지는 방식으로, 접지부(1110)는 비대칭 형태로 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (17)

  1. 기판의 일층에 형성되는 제1접지부;
    상기 기판의 일층에 형성되며 상기 제1접지부에 연결되는 CRLH-TL(composite right/left handed transmission line)부;
    상기 기판의 다른 일층에 형성되는 제2접지부; 및
    상기 CRLH-TL부와 상기 제2접지부를 연결하는 하나 이상의 비어(via)를 구비하고,
    상기 CRLH-TL부 및 상기 제2접지부에서 공진을 발생시키는 것을 특징으로 하는 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2접지부의 길이 또는 폭에 따라,
    상기 제2접지부에서 발생하는 공진 주파수가 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2접지부는,
    ㄷ자 형태로 서로 연결되는 제2-1접지면, 제2-2접지면, 및 제2-3접지면을 구비하고,
    상기 ㄷ자 형태의 중간에 위치하는 제2-2접지면의 길이 또는 폭에 따라, 상기 제2접지부에서 발생하는 공진 주파수가 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1접지부는,
    상기 CRLH-TL부의 일단에 연결되는 제1-1접지면; 및
    상기 CRLH-TL부의 다른 일단에 연결되는 제1-2접지면을 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2-1접지면의 길이 또는 폭은,
    상기 제1-1접지면의 길이 또는 폭보다 짧은 것을 특징으로 하는 안테나.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1-2접지면의 한쪽의 길이 또는 폭은,
    상기 제1-2접지면의 다른 한쪽의 길이 또는 폭과 서로 다른 값을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1접지부는,
    상기 CRLH-TL부에 연결되는 제1-3접지면을 더 구비하고,
    상기 비어(via)는,
    상기 제1-3접지면과 상기 제2-3접지면을 연결하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 CRLH-TL부는,
    상기 기판의 일층에 형성되며 상기 제1접지부에 연결되는 복수개의 CRLH-TL 유닛을 구비하고,
    상기 복수개의 CRLH-TL 유닛은,
    캐스케이드(cascade) 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 CRLH-TL 유닛은,
    상기 제1접지부에 연결되며 인덕턴스 역할을 하는 구불구불한(meander) 전송선로; 및
    상기 제1접지부에 연결되며 캐패시턴스 역할을 하는 패치를 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 CRLH-TL 유닛은,
    상기 제1접지부와 상기 전송선로 사이에 배치되는 그라운드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2접지부에서, 복수개의 공진을 발생시키는 것을 특징으로 하는 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2접지부에서, λ/2공진 및 λ공진을 발생시키는 것을 특징으로 하는 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1접지부와 상기 제2접지부는 서로 크기가 다른 것을 특징으로 하는 안테나.
  14. 기판의 일층에 형성되는 CRLH-TL(composite right/left handed transmission line)부; 및
    상기 기판의 일층에 상기 CRLH-TL부를 둘러싸는 형태로 형성되며, 상기 CRLH-TL부에 연결되는 접지부를 구비하고,
    상기 CRLH-TL부 및 상기 접지부에서 각각 복수 개의 공진을 발생시키는 안테나.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 접지부는,
    상기 CRLH-TL부의 일단에 연결되는 제1-1접지면;
    상기 CRLH-TL부의 다른 일단에 연결되는 제1-2접지면;
    ㄷ자 형태로 서로 연결되는 제2-1접지면, 제2-2접지면, 및 제3접지면을 구비하고,
    상기 ㄷ자 형태의 중간에 위치하는 제2-2접지면의 길이 또는 폭에 따라, 상기 접지부에서 발생하는 공진 주파수가 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2-1접지면의 길이 또는 폭은,
    상기 제1-1접지면의 길이 또는 폭보다 짧은 것을 특징으로 하는 안테나.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 CRLH-TL부는,
    상기 기판의 일층에 형성되며 상기 접지부에 연결되는 복수개의 CRLH-TL 유닛을 구비하고,
    상기 복수개의 CRLH-TL 유닛은,
    캐스케이드(cascade) 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나.
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