KR100276672B1 - 임피던스 정합된 마이크로스트립 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원편파(Circularry Polarized Wave : CP파)를 송수신 할 수 있는 마이크로 스트립 안테나에 관한 것으로, 특히 싱글패치 마이크로 스트립 안테나에 코플레너(Coplanar)라인과 인입점위치의 적절한 배치에 의해 수신신호의 부정함을 개선하고 원편파 전파를 수신할 수 있는 안테나에 관한 것이다.

본 발명의 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나는 소정두께의 직사각형 유전체판과, 상기 유전체판의 일측면에 형성된 박막 도전성 접지면과, 상기 유전체판의 타측면에 상기 접지면과 전기적으로 분리된 직사각형 형태로 형성되며, 직사각형의 대각선상에 인입점이 위치되어 방사패턴을 생성하는 박막의 방사 도체판과, 상기 인입점과 대향한 타측면 상에 상기 접지면과 소정간격을 두고 분리되어 입력임피던스의 부정함을 개선하도록 형성된 코플레너 라인과, 상기 코플레너 라인과 유전체판을 통하여 상기 인입점에 연결된 인입선으로 구성된다.

Description

임피던스 정합된 마이크로스트립 안테나

제1도는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 임피던스 정합된 마이크로 스트립안테나의 평면도.

제2도는 제1도의 10－10′선을 따라 취한 단일 패치 마이크로 스트립 안테나의 단면도.

제3도는 제1도에 도시된 단일패치 마이크로 스트립 안테나의 인입점에 동축선을 연결한 경우의 배면투시도.

제4도는 마이크로 스트립 안테나의 원편파를 설명하기 위해 중간에 인입선이 있는 패치 안테나의 구성도.

제5도는 원편파 설명을 하기 위해 사각형의 대각선 모서리에 인입선이 있는 싱글패치 마이크로 스트립 안테나의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 인입선 2 : 도체 인입봉

4 : 코플레너라인 5 : 유전체판

6 : 인입점 7 : 방사도체판

11 : 접지면

본 발명은 원편파(Circulary Polarized Wave : CP파)를 송수신 할 수 있는 마이크로 스트립 안테나에 관한 것으로, 특히 싱글패치 마이크로 스트립 안테나에 코플레너(Coplanar)라인과 인입점위치의 적절한 배치에 의해 수신신호의 부정함을 개선하고 원편파 전파를 수신할 수 있는 안테나에 관한 것이다.

과거에도 스트립 라인안테나를 사용하여 낮고, 간단하고, 저가 및 정합 배열되는 안테나를 제공하려는 많은 시도가 있었다.

그러나 재생가능성 및 비싼 비용등의 문제로 인해 이러한 안테나는 바람직하지 못하였다.

또한 종래의 이러한 안테나는 평면실장이 어려운 구조를 갖고 있었다.

이러한 종래 기술의 문제점을 해결한 것으로 미합중국특허 제 3,984,834호가 제시되었다.

이 종래 기술은 박막 접지면과, 유전체와, 박막 직사각형 방사체로 이루어진 구조체에 대각선을 따라 인입점이 위치한 구조를 갖고 있다. 그러나 종래의 기술에 있어서는 임피던스 부정합으로 인해 수신신호의 질이 떨어지는 문제점이 계속 남아 있었다.

본 발명의 목적은 인입점(feed point)의 위치를 적절히 설정함에 의해 CP파의 수신감도를 개선하고 입력임피던스의 부정합을 보상하여 수신신호의 질을 개선할 수 있는 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소정두께의 직사각형 유전체판과, 상기 유전체판의 일측면에 형성된 박막 도전성 접지면과, 상기 유전체판의 타측면에 상기 접지면과 전기적으로 분리된 직사각형 형태로 형성되며, 직사각형의 대각선상에 인입점이 위치되어 방사패턴을 생성하는 박막의 방사 도체판과, 상기 인입점과 대향한 타측면 상에 상기 접지면과 소정간격을 두고 분리되어 입력임피던스의 부정합을 개선하도록 형성된 코플레너 라인과, 상기 코플레너 라인과 유전체판을 통하여 상기 인입점에 연결된 인입선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나를 제공한다.

이하에 첨부도면을 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

제1도에는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나의 평면도가 도시되어 있고, 제2도에는 제1도의 선 10－10′를 따라 취한 단면도가 도시되어 있으며, 제3도에는 인입점에 동축선을 연결한 상태의 배면투시도가 도시되어 있고, 제4도에는 마이크로 스트립 라인의 원편파를 설명하기 위해 중간에 인입선이 있는 패치안테나가 도시되어 있고, 제5도에는 원편파를 설명하기 위해 대각선 모서리에 인입선이 있는 싱글 패치 마이크로스트립 안테나의 구조가 도시되어 있다.

먼저 제4도를 참조하면, 인입선(1)을 통해 전파가 입력되면 x면 종단에서 방사할 수 있는 전계가 생성되고, y축에 인입선(1)을 통해 전파가 입력될 때는 y면 종단에서 y방향 방사전계가 생성될 수 있다는 캐비티(Cavity)모델과 유사하게, 제1도에 도시된 바와 같이 단일 패치 안테나(3)의 x방향의 어느 한점에 전파가 입력되면 방사전계가 생겨나고, y 방향에서 방사도체면한점에 전파입력시에는 x축방향 입력시에 생겨나는 방사자계와 90도 위상변이된 수직 방사자계가 발생된다.

이와 유사하게 공간상의 어느 한점에서 x방향 방사자계를 송신했을 때 방사도체면의 y방향 인입선(1)에서 이 신호를 수신할 수 있고, y축방향 방사자계(Hy)를 송신했을때는 x축방향 인입선에서 수신이 가능하다.

원편파(CP파)는 이 x방향 방사자계(Hx), y방향 방사자계(Hy)의 합성파를 가리킨다. 따라서 CP 파를 방사도체면의 어느 한 부분에서 수신 가능하게 된다.

따라서 x 방향 방사자계(Hx)와 y방향방사자계(Hy)의 합성은 45° 부분에서 생겨나므로 안테나의 대각선 부분에서 가장 큰 세기로 CP 파를 수신 또는 송신할 수 있다.

이러한 원리를 적용하면 제5도와 같이 인입점(FP)을 사각형 대각선 부분에 위치시킴으로써 CP파를 효율좋게 송수신할 수 있다.

그러나 제5도에 도시된 바와 같이 인입점(FP)을 통해 전파가 송신될 때 자계의 분포를 보면 인입점(FP)의 근처에서 가장 센파가 머므르므로 방사도체판(7)의 끝부분에서 자계세기는 약해진다.

따라서 자계성분에 의한 인덕턴스는 인입점 근처에서 가장세므로 입력 임피던스는 높으며, 모서리에서 점차 멀어질 수록 입력 임피던스는 약하게 된다.

이와 같은 원리에 의해 수신단의 입력 임피던스를 정합시킬 수 있는 방법으로 인입점(FP)의 위치를 고려하는 것이 필요하다.

또한 인입점의 위치에 따라 CP파의 축비(Axial Ratio)가 달라진다.

이는 안테나 대각선상에 인입점이 있을 때 축비가 가장 좋은 상태로 CP파를 수신할 수 있으나 대각선상에 위치할 경우 입력 임피던스의 부정합이 따른다.

따라서 축비와 임력임피던스를 개선하기 위해 사각형의 대각선에서 약간 틀어진 곳에 있는 인입점을 이용하거나, 사각형의 각 모서리 부분을 45° 각도로 자른 형태로 안테나 방사도체판을 구성한다.

제2도에는 상기한 사항들을 고려하여 이루어진 본 발명에 따른 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나의 단면도가 도시되어 있으며, 제2도로부터 알 수 있 는바와 같이 본 발명은 유전체판(5)의 전면에 유전체판(5)보다 작은 크기로 각 모서리 부분이 45° 각도로 잘려진 직사각형 형태의 방사도체판(7)이 중앙부에 위치해 있고, 유전체판(5)의 뒷면에는 접지면(11)이 전면에 걸쳐 형성되어 있다.

그러나 본 발명에서는 종래와 다르게 전면의 방사도체판(7)의 인입점(6)에 대응하는 뒷면에 접지면(11)과 간격(G)을 두고 떨어져서 형성된 코플레너라인(4)이 형성되어 있는 점에 유의해야 한다.

또한 마이크로 스트립 안테나가 원편파를 수신하기 위해서는 방사도체판(7)의 길이(A)는 폭(B)보다 크게 설정하며, 길이(A)는 약 반파장(1/2λg)에 가깝게 설계한다.

더욱이 접지면(11)에서의 산란(back scattering)방지를 위해 방사도체판(7)으로부터 접지면(11)까지는 반파장(1/2λg)이상 떨어지게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 안테나를 구성하고, 단일 인입점(6)을 도체봉(2)을 이용하여 인입선(1)과 연결시켰을때 입력 임피던스(Zin)은 다음식(Ⅰ)과 같이 표현될 수 있다.

Zin = Z₁+ ;Jx

= R + j (B+ x) ---------------------- (I)

여기서 Z₁은 제2도의 인입점(6)에서 바라본 입력 임피던스(R+jB)이고, Zin은 인입선(1)과 연결된 인입도체봉(2)에서 바라본 입력 임피던스이며, x는 도체봉(2)의 두께와 주파수 및 길이에 따라 생성되는 인덕턴스 값이다.

상기한 식(Ⅰ)과 같이 인입선(1)에서 바라본 입력 임피던스 Z₁의 불완전한 발진에 따른 허수값의 임피던스와 도체봉(2)에 의해 생겨난 인덕턴스에 의해 실수값의 임피던스값이 되지 못하므로 수신단의 부정합이 발생한다.

따라서 본 발명에서는 이 허수값j(B+x)을 제로로 만들어 줄 수 있는 －j(B+x)값을 생성시켜 주기 위해 제3도에 도시된 바와 같은 코플레너 라인(4)을 접지면(11)과 동일평면내에 인입점(6)을 포함하도록 형성한다.

이때 코플레너라인(4)은 캐패시턴스값 생성을 위해 접지면(11)과 가능한 밀접하게 간격(G)을 두고 설계하며, 인덕턴스값을 위해 가능한한 높은 인덕턴스 라인으로 길이를 조절한다. 한편, 제3도에서 도면번호 7A는 방사도 체판(7)의 테두리를 나타내는 가상선이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면 사각형 패치 안테나의 인입점위치를 거의 대각선에 위치시켜 CP파를 수신할 수 있으며, 이때 인입점의 위치를 사각형 패치 방사도체판의 대각선에서 약간 벗어나게 함으로써 CP파의 수신감도인 축비를 개선하고 입력 임피던스의 부정합을 보상하는 효과를 얻는다.

또한 인입점에서 불완전하게 수신된 신호의 부정합을 코플레나 라인을 이용하여 임피던스를 정합시킴으로써 수신신호의 질을 개선할 수 있다.

Claims (6)

1. 소정두께의 직사각형 유전체판과, 상기 유전체판의 일측면에 형성된 박막 도전성 접지면과, 상기 유전체판의 타측면에 상기 접지면과 전기적으로 분리된 직사각형 형태로 형성되며, 직사각형의 대각선상에 인입점이 위치되어 방사패턴을 생성하는 박막의 방사 도체판과, 상기 인입점과 대향한 타측면 상에 상기 접지면과 소정간격을 두고 분리되어 입력임피던스의 부정합을 개선하도록 형성된 코플레너 라인과, 상기 코플레너 라인과 유전체판을 통하여 상기 인입점에 연결된 인입선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 안테나의 방사 도체판의 길이와 폭은 약 반파장(1/2λg)에 가깝게 형성되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나.
3. 제1항에 있어서, 상기 방사도체판은 각 모서리 부분을 45° 각도로 자른 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나.
4. 제1항에 있어서, 상기 인입선은 도체인입봉을 통하여 상기 인입점에 연결되는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나.
5. 제1항내지 4항중 어느 한항에 있어서, 상기 인입점은 대각선상에서 약간 틀어진 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 접지면에 의한 산란방지를 위해 상기 방사 도체판과 접지면은 반파장 이상 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합된 마이크로 스트립 안테나.