KR100316322B1 - A microstrip antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그라운드판(210)과, 상기 그라운드판(210) 위에 적층된 유전체(220)를 포함하여 이루어진 마이크로스트립 안테나(200)에 있어서, 상기 그라운드판(210)의 일단에 단락되면서 상기 유전체(220)의 일단 상면에 부분 적층된 좌측 평행평판(250)과, 일단은 상기 좌측 평행평판(250)과 이격되어 용량을 구현하며 타단은 상기 유전체(220)의 타단쪽으로 더 연장되어 부분 적층됨과 동시에 그 부분 적층된 부분으로부터 다시 상기 유전체(220)의 상면 타단에 이르기까지 좁은 폭으로 연장 적층되어 외부의 커넥터에 접속되는 마이크로스트립 급전선로(231)를 구비한 방사패치(230)와, 상기 방사패치(230)의 마이크로스트립 급전선로(231)의 양방향으로 각각 이격되어 상기 유전체(220)의 타측 상면에 적층됨과 동시에 상기 그라운드판(210)의 타단에 각각 단락되어 상기 방사패치(230)와 용량을 구현하는 제 1 우측 평행평판(241) 및 제 2 우측 평행평판(242)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 따라서, 누설 전류가 급전점의 동축케이블 외부도체에 흐르지 않기 때문에 휴대용 무선시스템에 부착시 매칭회로가 필요 없을 뿐만 아니라 용량을 장하시켜 구성하기 때문에 그라운드판과 방사패치 사이의 전기력선 범위가 제한되지 않으면서, 즉 이득의 감쇠없이 안테나를 소형화할 수 있고, 실내 이동통신 기지국용 안테나로도 활용할 수 있는 탁월한 효과가 있다.The present invention provides a microstrip antenna (200) including a ground plate (210) and a dielectric (220) stacked on the ground plate (210), wherein the dielectric is shorted to one end of the ground plate (210). The left parallel plate 250 partially stacked on one end of the upper surface of the 220, and one end is spaced apart from the left parallel plate 250 to implement the capacity and the other end is further extended to the other end of the dielectric 220 and partially laminated A radiation patch 230 having a microstrip feed line 231 extending in a narrow width from the partially stacked portion to the other end of the upper surface of the dielectric 220 and connected to an external connector, and the radiation patch Spaced in both directions of the microstrip feed line 231 of 230 and stacked on the upper surface of the other side of the dielectric 220 and shorted to the other end of the ground plate 210 respectively. Including the patch 230 and the first right parallel plate 241 and the second right parallel plate to implement a capacitor 242 is characterized in that formed. Therefore, the leakage current does not flow to the coaxial cable external conductor at the feed point, so it does not need a matching circuit when attached to a portable wireless system, and because it is configured with capacity, the electric field line between the ground plate and the radiation patch is not limited. That is, the antenna can be miniaturized without attenuation of gain and can be utilized as an antenna for an indoor mobile communication base station.
Description
본 발명은 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동위상의 전계를 갖을 수 있도록 방사패치를 유전체의 상면에 다수 개로 분할 어레이시켜 그라운드판보다 용량이 장하된 쪽으로 이득이 더욱 크게 될 수 있도록 함과 동시에, 기존 다이폴 안테나보다 용량이 장하된 쪽으로 더욱 큰 이득을 갖을 수 있도록 하여 안테나의 크기를 극소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 실내 이동통신 기지국용 안테나로도 활용할 수 있는 마이크로스트립 안테나(Micro-Strip Antenna; MSA)에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip antenna, and more particularly, by dividing and arraying a plurality of radiation patches on the upper surface of the dielectric so as to have an in-phase electric field, so that the gain can be greater toward the loaded capacity than the ground plate. At the same time, the microstrip antenna (MSA) can be used as an antenna for indoor mobile communication base station as well as minimizing the size of the antenna by having a larger gain toward the loaded capacity than the existing dipole antenna. ).
일반적으로 이동통신에서 주로 사용되고 있는 주파수는 150∼900㎒ 대역에서 활용되고 있으나 그 수요의 급증으로 인하여 1∼3㎓ 대역인 준 마이크로파 대역의 주파수에서도 활용될 예정이다.In general, the frequency mainly used in mobile communication is used in the 150 ~ 900MHz band, but due to the surge in demand, it will be used in the frequency of the quasi-microwave band of 1 to 3 GHz band.
이와 같이 준 마이크로파 대역의 활용은 이미 PCS가 1.7∼1.8㎓ 대역에서 상용화하고 있으며, 2000년대에는 통화지역이 전 세계 어느 지역에서나 가능한 GMPCS(1.6㎓), IMT2000(2㎓) 등의 차세대 이동통신 시스템에도 적용될 예정이다.As such, the utilization of the quasi-microwave band has already been commercialized by the PCS in the 1.7 to 1.8 GHz band, and in the 2000s, next-generation mobile communication systems such as GMPCS (1.6 ㎓) and IMT2000 (2 ㎓) are available in any region of the world. Will also be applied.
이렇게 휴대 전화기의 급속한 발전으로 소형화 및 고급화됨에 따라 정보통신의 출입문이라 할 수 있는 안테나의 역할은 자연스럽게 대두되게 되었고, 그러한 예로 마이크로스트립 안테나는 이 분야에서 특별한 연구의 대상으로 떠오르고 있는 현실이다.Due to the rapid development of mobile phones and miniaturization and high-end, the role of the antenna, which is the door of information and communication, has emerged naturally. For example, the microstrip antenna has emerged as an object of special research in this field.
통상적으로 마이크로스트립 안테나는 유전율이 낮을수록, 기판이 두꺼울수록 효율이 좋다. 그리고 주파수가 낮을 경우에는 효율이 낮고, 주파수가 높을 경우에는 효율이 높기 때문에 준 마이크로파 대역과 같은 비교적 높은 주파수에서 적용할 수 있는 마이크로스트립 안테나는 휴대 전화기가 추구하고 있는 소형화 제약 조건을 만족할 수 있는 필연적인 안테나라 할 수 있다.In general, a microstrip antenna has a lower dielectric constant, and a thicker substrate provides better efficiency. And because the efficiency is low when the frequency is low and the efficiency is high when the frequency is high, the microstrip antenna that can be applied at a relatively high frequency such as the quasi-microwave band is inevitably able to meet the miniaturization constraints pursued by the mobile phone. It can be said that the antenna.
그리고, 통상의 마이크로스트립 안테나는 넓은 그라운드판 위에 공진길이가 λ/2인 방사패치가 공진형태를 이루고 있으며 구조적으로 어레이 형태를 취하고 있다. 그리고 급전점의 좌우측에 패치와 그라운드판 사이에 전기력선이 형성되기 때문에 급전점의 좌우측 그라운드판을 짧게 하는 경우 전기력선 형성에 제한을 받게 되고, 그에 따라 이득이 떨어지는 결과를 초래하여 소형화에 어려움이 따르기도 한다.In the conventional microstrip antenna, a radiation patch having a resonant length of λ / 2 on a wide ground plate is in a resonance form, and has a structural form. In addition, since electric force lines are formed between the patch and the ground plate at the left and right sides of the feed point, shortening the left and right ground plates of the feed point is limited to the formation of the electric force line, which results in a decrease in gain, which may result in difficulty in miniaturization. do.
또한, 마이크로스트립 안테나는 그라운드판 위에 유전체를 형성하고, 이 유전체의 상면에 장방형 또는 원형의 방사패치(patch radiator)를 부착한 간단한 구조의 평면 안테나로서 대역폭이 좁고 효율이 낮다는 단점이 있기도 한다. 그러나, 가격이 저렴하고 소형 및 경량으로 제작이 가능하여 대량생산에 적합하다는 장점이 있다.In addition, the microstrip antenna is a planar antenna having a simple structure that forms a dielectric on the ground plate and attaches a rectangular or circular patch radiator to the upper surface of the dielectric, which has a disadvantage of low bandwidth and low efficiency. However, it is inexpensive and can be manufactured in a small size and light weight, which is suitable for mass production.
또한, 마이크로스트립 안테나는 벤딩이 자유로와 각종 장치나 부품에 일정형상으로 감을 수 있어 고속으로 움직이는 물체에 부착이 가능하므로, 로켓트, 미사일, 항공기와 같은 비행물체의 송수신 안테나로도 널리 사용되고 있다.In addition, the microstrip antenna can be freely bent and wound around a variety of devices or components, and can be attached to a moving object at high speed. Therefore, the microstrip antenna is widely used as a transmitting / receiving antenna for flying objects such as rockets, missiles, and aircraft.
이외에도 마이크로스트립 안테나는, 오실레이터, 증폭회로, 가변감쇠기(variable attenuator), 스위치, 변조기(modulator), 믹서, 이상기(phase shifter) 등과 같은 솔리드 스테이트(solid state)의 모듈과 함께 기판 위에 설계할 수 있는 특징을 아울러 갖고 있다.In addition, microstrip antennas can be designed on board with solid state modules such as oscillators, amplifiers, variable attenuators, switches, modulators, mixers, phase shifters, and the like. It also has features.
이러한 마이크로스트립 안테나는, 원형 편파를 요구하는 위성통신에서 원형 또는 장방형 방사패치에 한개 또는 두개의 급전점을 갖도록 활용할 수 있고, 도플러 레이더(doppler radar), 전파 고도계(radio altimeter), 명령 및 제어, 미사일 원격 측정법, 무기, 환경기계의 사용과 원격감지, 복합 안테나의 전송소자, 위성조종 수신기, 생물의학의 방사체 등에도 이용되고 있으며, 그 이용분야가 날로 증가하고 있다.Such a microstrip antenna can be utilized to have one or two feed points in a circular or rectangular radiation patch in satellite communications requiring circular polarization, doppler radar, radio altimeter, command and control, It is also used in missile telemetry, weapons and environmental machinery, and remote sensing, transmission elements of composite antennas, satellite controlled receivers, and radiators of biomedical applications.
그리고, 오늘날 정보화의 발달에 따라 자동차용 전화, 포킷 벨, 코드레스 전화 등의 이동통신 단말기가 급속히 보급되고 있으며, 장비의 크기가 소형화되어 감에 따라 안테나의 크기는 필연적으로 작아질 수밖에 없는 실정이다.In addition, with the development of informatization, mobile communication terminals such as automobile telephones, pocket bells and cordless telephones are rapidly spreading, and as the size of the equipment becomes smaller, the size of the antenna is inevitably smaller. .
한편, 통상의 마이크로스트립 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이, 방사패치(1)의 양단이 개방되어 있어서 그 전류분포가 0이 되고, 전압분포는 최대치를 갖는다. 그리고, 급전위치는 급전선로(2)의 저항값에 따라 상기 전류분포의 값과 전압분포의 값에 대한 비에 대한 비로 결정된다.On the other hand, in the conventional microstrip antenna, as shown in Fig. 1, both ends of the radiation patch 1 are open so that the current distribution becomes zero, and the voltage distribution has a maximum value. The feeding position is determined by the ratio of the ratio of the value of the current distribution to the value of the voltage distribution in accordance with the resistance value of the feeding line 2.
또한, 전기력선(3),(5)은 수직성분과 수평성분으로 나누어 생각할 수 있으며, 수직성분은 위상이 반대여서 상쇄되고 수평성분만 동위상으로 어레이되어 존재하게 된다.In addition, the electric lines (3) and (5) can be considered to be divided into a vertical component and a horizontal component, the vertical component is offset because the phase is reversed, and only the horizontal component is present in an array in the same phase.
이런 마이크로스트립 안테나에 있어서 그라운드판(6)의 길이를 짧게 형성하는 경우 전기력선(3),(5)이 미치는 범위가 제한되어 이득이 감쇠되게 되므로 그라운드판(6)을 짧게 하는 방식으로는 안테나를 소형화할 수 없는 단점이 있다.In such a microstrip antenna, if the length of the ground plate 6 is formed to be short, the range of the electric lines 3 and 5 is limited so that the gain is attenuated, so that the antenna of the ground plate 6 is shortened. There is a disadvantage that cannot be miniaturized.
한편, 마이크로스트립 안테나는 VHF/UHF 대역의 유니트로서 작고 가벼우며 콤팩트한 구조가 요망되고 있고, 현재 소형화로 개발된 변형된 마이크로스트립 안테나로서는 QMSA(Quarter-Wavelength Micro-Strip Antenna), PMSA(Post-loading Micro-strip Antenna), WMSA(Window-attached Micro-Strip Antenna), FVMSA (Frequency-Variable Micro-Strip Antenna) 등의 종류가 있다. 이들 PMSA, WMSA, FVMSA 안테나는 QMSA 안테나로부터 부분적으로 변형된 것들이며, 상호 기본적으로 유사한 방사 패턴을 가지고 있다.On the other hand, the microstrip antenna is a unit of the VHF / UHF band, and a small, light and compact structure is desired, and the modified microstrip antenna, which has been developed due to miniaturization, is currently a QMSA (Quarter-Wavelength Micro-Strip Antenna) and PMSA (Post-SA). There are a kind of loading micro-strip antenna, window-attached micro-strip antenna (WMSA), and frequency-variable micro-strip antenna (FVMSA). These PMSA, WMSA and FVMSA antennas are partially modified from QMSA antennas and have basically similar radiation patterns.
도 2는 종래 기술에 따른 QMSA 안테나의 구성을 나타낸 사시도로서, 소형 무선장비의 한정된 용적 내에 넣을 수 있도록 안테나를 소형화하기 위하여 방사패치와 그라운드판의 폭(W)을 동일하게 구성하고, 방사개구의 방향에 그라운드판을 신장시켜 사용하는 특징을 갖고 있다.Figure 2 is a perspective view showing the configuration of a QMSA antenna according to the prior art, the same width (W) of the radiation patch and the ground plate in order to downsize the antenna so as to fit within the limited volume of the small radio equipment, It has the characteristic of extending | stretching and using a ground plate in a direction.
즉, 종래 기술에 따른 QMSA 안테나는 λg(관내파장)/2로 된 그라운드판(21)에 순차로 유전체(22)와 방사패치(23)가 부착되어 있고, 그라운드판(21)의 일측이 방사패치(23)에 단락되어 있으며, 방사패치(23)의 길이는 λg/4로 구성하여 일정한 주파수 영역을 갖도록 되어 있다.That is, in the QMSA antenna according to the prior art, the dielectric plate 22 and the radiation patch 23 are sequentially attached to the ground plate 21 of lambda g (internal wavelength) / 2, and one side of the ground plate 21 radiates. Shorted to the patch 23, the radiation patch 23 has a length of λg / 4 to have a constant frequency range.
또 급전선(24)의 외부도체가 그라운드판(21)에 접지되어 있고, 급전선(24)의 내부도체(중심도체)는 그라운드판(21)과 유전체(22)를 통과해 방사패치(23)에 접속되어 있다(일본전자정보학회 Vol.J71-B, 1988.11.). 유전체(22)로는 대표적으로 폴리에틸렌(εr=2.4)이나 테프론(εr=2.5)또는 에폭시-화이버 글라스(εr=3.7)가 사용되고 있다.The outer conductor of the feed line 24 is grounded to the ground plate 21, and the inner conductor (center conductor) of the feed line 24 passes through the ground plate 21 and the dielectric 22 to the radiation patch 23. (Japan Electronics Information Society Vol.J71-B, Nov. 1988). As the dielectric 22, polyethylene (ε r = 2.4), Teflon (ε r = 2.5) or epoxy-fiber glass (ε r = 3.7) is typically used.
도 3은 도 2의 Gz의 변화에 대한 이득률의 변화를 보인 것으로, 여기서 0(dB)은 가장 기본적인 반파장 다이폴 안테나의 이득을 나타낸다. Gz는 방사 증가율을 결정하는 매우 중요한 역할을 한다. 도 4는 도 2의 안테나의 전체 길이(L)에 대한 이득 변화율을 보이고 있으며, 도 5는 도 2의 방사패치(23)의 폭(W)에 대한 이득률을 보이고 있다.3 shows a change in gain ratio with respect to a change in Gz of FIG. 2, where 0 (dB) represents the gain of the most basic half-wavelength dipole antenna. Gz plays a very important role in determining the rate of radiation increase. 4 shows a gain change rate for the entire length L of the antenna of FIG. 2, and FIG. 5 shows a gain rate for the width W of the radiation patch 23 of FIG. 2.
도 6은 도 2의 QMSA의 방사특성을 측정한 것으로, (가)는 XY면, (나)는 YZ면, (다)는 ZX면을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이 도 2의 안테나는 (가)(나)(다)의 각 방사패턴이 거의 전방향으로 전파되고 있는 전계 안테나이다. 이 QMSA 안테나의 방사특성은 안테나의 매개변수를 안테나 전체 길이(L)= 7.67cm, Gz= 2.79cm, 방사패치(23)의 폭(W)= 3cm, 유전체(22)의 두께(t)= 0.12cm, 유전율(εr)= 2.5(테프론)로 한 경우이다.6 is a measurement of the radiation characteristics of the QMSA of FIG. 2, wherein (a) is an XY plane, (b) is a YZ plane, and (a) is a ZX plane. As shown in FIG. 6, the antenna of FIG. 2 is an electric field antenna in which each radiation pattern of (a) (b) (c) propagates in almost all directions. Radiation characteristics of this QMSA antenna are described in terms of antenna parameters: total antenna length (L) = 7.67 cm, Gz = 2.79 cm, width of radiation patch 23 (W) = 3 cm, thickness of dielectric material 22 (t) = 0.12 cm and dielectric constant epsilon r = 2.5 (teflon).
한편, 복잡한 도시환경 속에서 정재파 분포가 최소점에 가깝게 위치할 때, 전계 안테나는 신호의 회절과 반사 등으로 인하여 송수신 감도가 저하되어 통신의 방해를 받게 된다.On the other hand, when the standing wave distribution is located close to the minimum point in a complicated urban environment, the electric field antenna is disturbed in communication due to a decrease in transmission and reception sensitivity due to diffraction and reflection of a signal.
따라서, 현재의 무선장비 시스템에서는 이를 극복하기 위하여 공간 다이버시티, 지향성 다이버시티, 편파 다이버시티 등을 활용하고 있고, 멀티패스에 의한 저수신 감도를 해결하기 어렵기 때문에 저수신 감도를 해결하기 위해서 2개 이상의안테나를 설치하고 있다.Therefore, the current radio equipment system utilizes spatial diversity, directional diversity, polarization diversity, etc. to overcome this problem, and it is difficult to solve low reception sensitivity due to multipath. More than one antenna is installed.
한편, 변형된 마이크로스트립 안테나인 PMSA(도시하지 않음)는, 방사패치의 양측에 2개의 방사 개구면이 형성되어 있고, QMSA 안테나의 단락말단 대신에 유전체를 통해 그라운드판과 방사패치에 단락 포스트가 접속되어 있으며, 이로부터 일정 지점에 급전선이 위치하도록 구성된 것으로서, 2개의 개구면이 존재한다고 하더라도 그 방사패턴은 실질적으로 QMSA와 유사하다.On the other hand, PMSA (not shown), which is a modified microstrip antenna, has two radiation apertures formed on both sides of the radiation patch, and short-circuit posts are formed on the ground plate and the radiation patch through the dielectric instead of the short-circuit end of the QMSA antenna. The feeder is connected so that the feeder line is located at a certain point. Even if two opening surfaces exist, the radiation pattern is substantially similar to that of the QMSA.
변형된 마이크로스트립 안테나 WMSA는, QMSA 안테나의 방사패치의 일정 지점에 슬릿(slit)을 형성하여 리액턴스 성분을 갖도록 함으로써 방사패치의 길이를 짧게 할 수 있도록 된 것이다.The modified microstrip antenna WMSA can shorten the length of the radiation patch by forming a slit at a certain point of the radiation patch of the QMSA antenna to have a reactance component.
FVMSA는 리액턴스 부하값의 변화에 의해 QMSA의 공진 주파수를 전자적으로 변경시킬 수 있도록 된 안테나 구조이다.The FVMSA is an antenna structure that allows the resonance frequency of the QMSA to be changed electronically by changing the reactance load value.
그러나, 이런 종래의 변형된 마이크로스트립 안테나(MSA) 즉, QMSA, PMSA, WMSA, FVMSA 안테나는, 그라운드판을 작게 할 경우 방사 개구면이 좁아지기 때문에 이득이 감쇠되어 그 크기를 소형화시킬 수 없고, 휴대용 무선장비로 사용하는 경우에는 전계 안테나가 이용되고 있기 때문에 건물의 벽면 또는 건물내의 각종 금속물질 등에 의해 전계강도가 저하되고, 아울러 멀티패스 간섭에 의한 수신감도의 저하를 초래하는 문제점을 갖고 있다.However, such a conventional modified microstrip antenna (MSA), i.e., QMSA, PMSA, WMSA, FVMSA antenna, has a narrowed radiating aperture when the ground plane is made smaller, so that the gain is attenuated and cannot be miniaturized. In the case of using the portable radio equipment, since the electric field antenna is used, the electric field strength is reduced by the wall surface of the building or various metal materials in the building, and the reception sensitivity is reduced by the multipath interference.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 그라운드판과 방사패치 사이의 전기력선 범위가 제한되지 않으면서 이득의 감쇠없이 안테나의 크기를 더욱 소형화시킬 수 있고, 그라운드판보다 용량이 장하된 쪽으로 이득을 더욱 크게 구현할 수 있도록 하여 실내 이동통신 기지국용 안테나로도 활용할 수 있는 마이크로스트립 안테나를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and its object is to reduce the size of the antenna further without attenuation of gain without limiting the range of electric field lines between the ground plate and the radiation patch. In addition, the present invention provides a microstrip antenna that can be utilized as an antenna for an indoor mobile communication base station by enabling a gain to be larger toward a loaded capacity than a ground plane.
도 1은 일반적인 마이크로스트립 안테나를 나타내는 측면도.1 is a side view showing a typical microstrip antenna.
도 2는 종래 기술에 따른 QMSA 안테나를 나타내는 사시도.Figure 2 is a perspective view showing a QMSA antenna according to the prior art.
도 3은 도 2의 Gz에 대한 이득 관계를 나타낸 그래프.3 is a graph showing a gain relationship with respect to Gz of FIG.
도 4는 도 2의 안테나 전체길이(L)에 대한 이득 관계를 나타낸 그래프.4 is a graph showing a gain relationship with respect to the total antenna length L of FIG.
도 5는 도 2의 방사패치 폭(W)에 대한 이득 관계를 나타낸 그래프.5 is a graph showing a gain relationship with respect to the radiation patch width (W) of FIG.
도 6은 도 2의 방사 특성도로서, (가)는 XY 방향, (나)는 YZ 방향, (다)는 ZX 방향.6 is a radiation characteristic diagram of FIG. 2, (a) in the XY direction, (b) the YZ direction, and (c) the ZX direction.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타내는 사시도.7 is a perspective view showing a microstrip antenna according to the first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 리턴로스 특성을 나타내는 그래프.8 is a graph showing return loss characteristics of the microstrip antenna according to the first embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타내는 사시도.9 is a perspective view illustrating a microstrip antenna according to a second embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타내는 사시도.10 is a perspective view illustrating a microstrip antenna according to a second embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나의 방사특성을 나타내는 특성도.11 is a characteristic diagram showing the radiation characteristics of the microstrip antenna according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
200 : 마이크로스트립 안테나 210 : 그라운드판200: microstrip antenna 210: ground plate
220 : 유전체 230 : 방사패치220: dielectric 230: radiation patch
231 : 마이크로스트립 급전선로 241 :제 1 우측 평행평판231: microstrip feed line 241: first parallel parallel plate
242 : 제 2 우측 평행평판 250 : 좌측 평행평판242: second right parallel plate 250: left parallel plate
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 그라운드판과, 상기 그라운드판 위에 적층된 유전체를 포함하여 이루어진 마이크로스트립 안테나에 있어서, 상기 그라운드판의 일단에 단락되면서 상기 유전체의 일단 상면에 부분 적층된 좌측 평행평판과, 일단은 상기 좌측 평행평판과 이격되어 용량을 구현하며 타단은 상기 유전체의 타단쪽으로 더 연장되어 부분 적층됨과 동시에 그 부분 적층된 부분으로부터 다시 상기 유전체의 상면 타단에 이르기까지 좁은 폭으로 연장 적층되어 외부의 커넥터에 접속되는 마이크로스트립 급전선로를 구비한 방사패치와, 상기 방사패치의 마이크로스트립 급전선로의 양방향으로 각각 이격되어 상기 유전체의 타측 상면에 적층됨과 동시에 상기 그라운드판의 타단에 각각 단락되어 상기 방사패치와 용량을 구현하는 제 1 우측 평행평판 및 제 2 우측 평행평판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 그 기술적 구성상의 다른 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a microstrip antenna including a ground plate and a dielectric stacked on the ground plate, the left parallel being short-circuited to one end of the ground plate and partially stacked on an upper surface of the dielectric. A plate and one end are spaced apart from the left parallel plate to realize a capacity, and the other end is further extended toward the other end of the dielectric and partially laminated, and at the same time, the laminated end is extended in a narrow width from the partially laminated portion to the other end of the upper surface of the dielectric. A radiation patch having a microstrip feed line connected to an external connector and spaced in both directions of the microstrip feed line of the radiation patch, respectively, stacked on the other side of the dielectric and shorted to the other end of the ground plate, respectively. First to implement the radiation patch and capacity Characterized in that the parallel side comprising a plate and a second plate parallel to the right and to the other features on the technical configuration.
이하, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나의 바람직한 실시예를 도 7 내지 도 11을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the microstrip antenna according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 11.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타내는 사시도이다.7 is a perspective view showing a microstrip antenna according to the first embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나(200)는, 그라운드판(210) 위에 유전체(220)가 적층되는 구조로 이루어지고, 이 유전체(220)의 상면에는 좌측 평행평판(250)이 상기 그라운드판(210)에 단락되는 형상으로 부분 적층된다.As shown in FIG. 7, the microstrip antenna 200 according to the first embodiment of the present invention has a structure in which a dielectric material 220 is stacked on a ground plate 210. The left parallel plate 250 is partially stacked in a shape that is short-circuited to the ground plate 210.
그리고, 방사패치(230)의 일단은 상기 좌측 평행평판(250)과 이격되어 용량을 구현하며 타단은 상기 유전체(220)의 타단쪽으로 더 연장되어 부분 적층됨과 동시에 그 부분 적층된 부분으로부터 다시 상기 유전체(220)의 상면 타단에 이르기까지 좁은 폭으로 연장 적층되어 외부의 커넥터에 접속되는 마이크로스트립 급전선로(231)를 구비한 구조로 이루어진다.One end of the radiation patch 230 is spaced apart from the left parallel plate 250 to realize a capacitance, and the other end is further extended toward the other end of the dielectric 220 to be partially stacked and at the same time, the dielectric back from the partially stacked portion. The micro strip feed line 231 extends and is stacked in a narrow width up to the other end of the upper surface of the 220 and is connected to an external connector.
또한, 상기 유전체(220)의 타측 상면에는 방사패치(230)의 마이크로스트립 급전선로(231)의 양방향으로 각각 이격되어 상기 유전체(220)의 타측 상면에 적층됨과 동시에 상기 그라운드판(210)의 타단에 각각 단락되어 상기 방사패치(230)와 용량을 구현하는 제 1 우측 평행평판(241) 및 제 2 우측 평행평판(242)이 구비된다.In addition, the other top surface of the dielectric 220 is spaced apart in both directions of the microstrip feed line 231 of the radiation patch 230 are laminated on the other top surface of the dielectric 220 and the other end of the ground plate 210 The first right parallel plate 241 and the second right parallel plate 242 are respectively shorted to implement the radiation patch 230 and the capacitance.
이러한 구조의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나(200)는 좌측 평행평판(250)과 방사패치(230) 상호간, 그리고 방사패치(230)와 제 1,제 2 우측 평행평판(241),(242) 상호간의 용량을 장하시킬 수 있게 되어 전기력선 형성에 제한을 받지않게 되어 마이크로스트립 안테나(200)의 크기를 더더욱 소형화시킬 수 있는 작용을 하게 된다.The microstrip antenna 200 according to the first embodiment of this structure has a left parallel plate 250 and a radiation patch 230, and a radiation patch 230 and the first and second right parallel plates 241, ( 242) It is possible to increase the capacity of each other is not limited to the formation of the electric line to act to further reduce the size of the microstrip antenna (200).
즉, 그라운드판(210) 쪽보다 용량이 장하된 쪽으로 이득이 더욱 커지게 되고, 이득이 더욱 큰 방사패턴을 갖을 수 있게 되어 실내 이동통신 기지국용 안테나로도 활용할 수 있게 되는 것이다.In other words, the gain becomes larger toward the loaded capacity than the ground plate 210 side, and the gain can have a larger radiation pattern, which can be utilized as an antenna for an indoor mobile communication base station.
부연하면, 마이크로스트립 안테나(200)의 이득이 그라운드판(210) 쪽보다 용량이 장하된 쪽으로 4dB정도 더 크고, 기존 다이폴 안테나보다 용량이 장하된 쪽으로 최대 전계가 4dB정도 더욱 큰 방사패턴을 갖을 수 있게 되어 실내 이동통신 기지국용 안테나로도 활용할 수 있게 되는 것이다.In other words, the gain of the microstrip antenna 200 may have a radiation pattern of about 4 dB greater than the ground plane 210 toward the loaded capacity, and the maximum electric field may be about 4 dB greater than the conventional dipole antenna. It will be able to use as an antenna for indoor mobile communication base station.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나(200)는 대역폭의 증감과 이득의 증감을 위하여 유전체(220)의 두께와 용량을 장하한 부분의 폭을 조정할 수 있고, 더불어 마이크로스트립 라인으로부터 방사패치(230)에 급전할 경우 급전점의 프린지 효과(fringe effect)를 제거하기 위하여 마이크로스트립 급전선로(231)의 급전점 위치를 가변적으로 조정할 수가 있어 전기력선의 부정(不整)분포를 능동적으로 극복할 수도 있다.In addition, the microstrip antenna 200 according to the first embodiment of the present invention may adjust the width of the portion in which the thickness and capacity of the dielectric material 220 are loaded to increase or decrease the bandwidth and the gain. When feeding to the radiation patch 230 from the position of the feed point of the microstrip feed line 231 can be variably adjusted in order to remove the fringe effect of the feed point to actively distribute the negative distribution of the electric force line It can be overcome.
즉, 급전점의 위치를 용량을 장하한 부분보다 더욱 깊게 결정하고, 더불어 마이크로스트립 라인의 급전선로에 의한 급전점이 방사패치(230)의 개방된 부분에 연결할 경우 마이크로스트립 라인의 급전선로 임피던스와 정합되도록 급전점의 위치를 조정하게 되면 급전점의 프린지 효과를 만족할만하게 제거할 수 있게 되는 것이다.That is, the position of the feed point is determined more deeply than the load-loaded portion, and when the feed point by the feed line of the microstrip line is connected to the open portion of the radiation patch 230, it matches with the feed line impedance of the microstrip line. If the position of the feed point is adjusted as much as possible, the fringe effect of the feed point can be satisfactorily removed.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나(200)의 전체 길이(L1)는 도 7에 도시된 바와 같이 84㎜, 전체 폭(W1)은 28㎜이고, 유전체(220)의 유전율(εr)은 2.5인 것이 바람직하다. 그리고, 그라운드판(210) 및방사패치(230), 제 1 우측 평행평판(241), 제 2 우측 평행평판(242)의 두께(t)는 1.575㎜이고, 제 1 우측 평행평판(241) 및 제 2 우측 평행평판(242)의 길이(L2)는 21㎜이며, 그 각각의 폭(W2)은 11㎜인 것이 좋다.Meanwhile, as shown in FIG. 7, the total length L1 of the microstrip antenna 200 according to the first embodiment of the present invention is 84 mm, and the overall width W1 is 28 mm, and the dielectric constant of the dielectric 220 is shown. (ε r ) is preferably 2.5. The thickness t of the ground plate 210, the radiation patch 230, the first right parallel plate 241, and the second right parallel plate 242 is 1.575 mm, and the first right parallel plate 241 and The length L2 of the second right parallel plate 242 is 21 mm, and the width W2 of each of them is preferably 11 mm.
또한, 유전체(220)의 상면 일단으로부터 부분 적층된 좌측 평행평판(250)의 길이(L3)는 12㎜이고, 방사패치(230)의 길이(L4)는 33.8㎜이고, 이 방사패치(230)에 구비된 마이크로스트립 급전선로(231)의 길이(L5)는 유전체(220) 상면의 타단으로부터 36.5㎜이며 그 폭(W3)은 4㎜이면 좋다.Further, the length L3 of the left parallel plate 250 partially laminated from one end of the upper surface of the dielectric 220 is 12 mm, and the length L4 of the radiation patch 230 is 33.8 mm, and the radiation patch 230 The length L5 of the microstrip feed line 231 included in the upper side of the dielectric strip 220 may be 36.5 mm from the other end of the upper surface of the dielectric 220 and the width W3 may be 4 mm.
그리고, 좌측 평행평판(250)과 방사패치(230)의 이격 거리(L6)는 3㎜이고, 방사패치(230)와 제 1 우측 평행평판(241) 및 제 2 우측 평행평판(242)의 이격 거리(L7)는 2.5㎜이고, 방사패치(230)의 마이크로스트립 급전선로(231)와 제 1 우측 평행평판(241) 및 제 2 우측 평행평판(242)의 이격 폭(W4)은 1㎜인 것이 바람직하다.And, the distance L6 of the left parallel plate 250 and the radiation patch 230 is 3mm, the separation of the radiation patch 230, the first right parallel plate 241 and the second right parallel plate 242 The distance L7 is 2.5 mm, and the spaced width W4 of the microstrip feed line 231 of the radiation patch 230 and the first right parallel plate 241 and the second right parallel plate 242 is 1 mm. It is preferable.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 리턴로스 특성을 나타내는 그래프이다.8 is a graph illustrating return loss characteristics of the microstrip antenna according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나(200)의 사용 주파수는 도 8에 도시된 바와 같이 2.12㎓에 대하여 10dB를 얻었으며 대역폭은 2.9％를 얻었다.As shown in FIG. 8, the frequency of use of the microstrip antenna 200 according to the first embodiment of the present invention obtained 10 dB with respect to 2.12 GHz and a bandwidth of 2.9%.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타내는 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나를 나타내는 사시도이다.9 is a perspective view illustrating a microstrip antenna according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a perspective view illustrating a microstrip antenna according to a third embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나(200)에 적용되는 방사패치(230)는 좌측 평행평판(250)과 제 1, 제 2 우측 평행평판(241),(242) 사이에 동위상의 전계를 갖을 수 있도록 다수 개로 분할 적층되어 용량을 어레이 구현할 수도 있고, 도 10에 도시된 바와 같이 좌측 평행평판(250)과 제 1, 제 2 우측 평행평판(241),(242) 사이에 동위상의 전계를 갖을 수 있도록 부분 연결됨과 동시에 다수 개로 분할되는 형상으로 적층되어 용량을 어레이 구현할 수도 있다.As shown in FIG. 9, the radiation patch 230 applied to the microstrip antenna 200 according to the present invention is disposed between the left parallel plane 250 and the first and second right parallel planes 241 and 242. Capacitance may be implemented by dividing and stacking the capacitor into multiple pieces to have an in-phase electric field, and as shown in FIG. 10, between the left parallel plate 250 and the first and second right parallel plates 241 and 242. Capacities may be arrayed by being partially connected and stacked in a plurality of shapes so as to have an in-phase electric field.
이와 같이 용량을 장하시킨 부분의 전계가 동위상이 될 수 있도록 방사패치(230)를 배열하게 되면 저수신 감도를 해소할 수 있음과 동시에 이득을 좋게 하여 송수신 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.In this way, if the radiation patch 230 is arranged so that the electric field of the capacity-loaded portion becomes in phase, the low reception sensitivity can be eliminated and the gain can be improved to further improve the transmission and reception efficiency.
도 13은 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나(200)의 방사특성을 사용 주파수 2.12GHz에서 나타내었고, 여기에서 E면은 XY면이고, H면은 ZY면이다.FIG. 13 shows the radiation characteristics of the microstrip antenna 200 according to the present invention at a use frequency of 2.12 GHz, where the E plane is the XY plane and the H plane is the ZY plane.
도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나(200)는 그라운드판(210) 쪽보다 용량이 장하된 쪽으로 이득이 4dB정도 더욱 커지고, 기존 다이폴 안테나보다 용량이 장하된 쪽으로 최대 전계가 4dB정도 이득이 큰 방사패턴을 갖을 수 있게 되어 실내 이동통신 기지국용 안테나로도 활용할 수 있게 되는 것이다.As shown in FIG. 11, the microstrip antenna 200 according to the present invention has a gain greater by 4 dB toward the capacity of the ground plate 210 than the side of the ground plate 210, and has a maximum electric field of 4 dB toward the capacity of the conventional dipole antenna. It is possible to have a radiation pattern with a large degree of gain can be utilized as an antenna for an indoor mobile communication base station.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나(200)는 누설 전류가 급전점의 동축케이블 외부도체에 흐르지 않기 때문에 휴대용 무선시스템에 부착시 매칭회로가 필요 없을 뿐만 아니라, 용량을 장하시켜 구성하기 때문에 그라운드판(210)과 방사패치(230) 사이의 전기력선 범위가 제한되지 않으면서, 즉 이득의 감쇠없이 안테나를 소형화할 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, the microstrip antenna 200 according to the present invention does not need a matching circuit when attached to a portable wireless system because leakage current does not flow to the outer conductor of the coaxial cable at the feed point, and is configured to load capacity. Therefore, the range of electric field lines between the ground plate 210 and the radiation patch 230 is not limited, i.e., the antenna can be miniaturized without attenuation of gain.
또한, 방사패치(230)를 동위상의 전계를 갖을 수 있도록 다수 개로 분할 적층시켜 용량을 어레이 구성하므로써 저수신 감도를 해소할 수 있으며 송수신 효율을 극대화시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.In addition, the radiation patch 230 can be divided into a plurality of stacking so as to have an electric field in phase, so that the capacity of the array can be configured to solve the low reception sensitivity and have an excellent effect of maximizing the transmission and reception efficiency.
즉, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나(200)는 제 1 실시예에서 보여주듯이 좌측 평행평판(250)과 방사패치(230) 상호간, 그리고 방사패치(230)와 제 1, 제 2 우측 평행평판(241),(242) 상호간의 용량을 장하시킬 수 있고, 더불어, 제 2 실시예 및 제 3 실시예에서 도시된 바와 같이 방사패치(230)를 동위상의 전계를 갖을 수 있도록 다수 개로 분할 적층시켜 용량을 어레이 구성하므로써, 전기력선 형성에 제한을 받지않게 되어 마이크로스트립 안테나(200)의 크기를 더더욱 소형화시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.That is, the microstrip antenna 200 according to the present invention, as shown in the first embodiment, the left parallel plate 250 and the radiation patch 230, and the radiation patch 230 and the first, second right parallel plate ( 241) and 242, the capacity of each other can be loaded, and in addition, as shown in the second and third embodiments, the radiation patch 230 is divided into a plurality of layers so as to have an in-phase electric field By configuring the array, there is no restriction in forming the electric field lines, there is an excellent effect that can further downsized the size of the microstrip antenna (200).
또한, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나(200)는 그라운드판(210) 쪽보다 용량이 장하된 쪽으로 4dB정도 이득이 더욱 커지고, 기존 다이폴 안테나보다 용량이 장하된 쪽으로 최대 전계가 4dB정도 이득이 더욱 큰 방사패턴을 갖을 수 있게 되어 실내 이동통신 기지국용 안테나로도 활용할 수 있는 유용한 효과가 있다.In addition, the microstrip antenna 200 according to the present invention has a gain of about 4 dB more toward the loaded capacity than the ground plate 210, and the maximum electric field gains about 4 dB further toward the loaded capacity than the conventional dipole antenna. Being able to have a radiation pattern has a useful effect that can be used as an antenna for indoor mobile communication base station.
그리고, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나(200)는 대역폭의 증감과 이득의 증감을 위하여 유전체(220)판의 두께와 용량을 장하한 부분의 폭을 조정할 수 있고, 더불어 마이크로스트립 라인으로부터 방사패치(230)에 급전할 경우 급전점의프린지 효과(fringe effect)를 제거하기 위하여 마이크로스트립 급전선로(231)의 급전점 위치를 가변적으로 조정할 수가 있게 되어 전기력선의 부정(不整)분포를 능동적으로 극복할 수 있는 탁월한 효과가 있다.In addition, the microstrip antenna 200 according to the present invention can adjust the width of the portion loading the thickness and capacity of the dielectric plate 220 in order to increase or decrease the bandwidth and gain, and also the radiation patch from the microstrip line ( When feeding to 230, the position of the feed point of the microstrip feed line 231 can be variably adjusted to remove the fringe effect of the feed point, thereby actively overcoming the irregular distribution of the electric force line. That has an excellent effect.
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