KR102713318B1 - Wide angle microstrip patch antenna using gap-coupling with parasitic antenna - Google Patents
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Abstract
광각 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서, 급전 신호를 방사하는 급전 패치; 및 상기 급전 패치의 적어도 하나의 일면을 둘러싸도록 형성된 기생 패치; 를 포함하고, 상기 기생 패치는, 상기 급전 패치의 양측에 기설정된 갭을 두고 배치된 제 1 기생 패치, 제 2 기생 패치 및 상기 급전 패치의 상부에 기설정된 갭을 두고 배치된 제 3 기생 패치를 포함한다.A wide-angle microstrip patch antenna, comprising: a feed patch radiating a feed signal; and a parasitic patch formed to surround at least one surface of the feed patch; wherein the parasitic patches include a first parasitic patch, a second parasitic patch, and a third parasitic patch arranged on both sides of the feed patch with a preset gap therebetween, and a third parasitic patch arranged on an upper portion of the feed patch with a preset gap therebetween.
Description
본 발명은 기생 안테나와의 갭 결합을 이용한 광각 마이크로스트립 패치 안테나마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a wide-angle microstrip patch antenna using gap coupling with a parasitic antenna.
마이크로스트립 패치 안테나는 마이크로스트립 선로가 개방된 윗면을 통해 고주파를 방사하는 원리를 이용한 소형 평면 안테나이다. 마이크로스트립 패치 안테나는 같은 기판 위에 다른 마이크로 집적 회로(IC) 소자들과 쉽게 결합할 수 있어 휴대폰과 같은 밀리미터 대역의 소형 기기에 많이 사용되고 있다.A microstrip patch antenna is a small planar antenna that uses the principle of radiating high frequency waves through the open top surface of a microstrip line. Microstrip patch antennas can be easily combined with other micro integrated circuit (IC) devices on the same substrate, and are widely used in small millimeter-band devices such as mobile phones.
마이크로스트립 패치 안테나는 정방향으로 한 네모형 패치 안테나 및 원으로 한 원형 패치 안테나 등이 있다. 구체적으로, 마이크로스트립 패치 안테나는 마이크로스트립 기판 위에 사각형 또는 원형의 금속 형태를 만들어 급전하는 안테나의 일종이다. 이러한 마이크로스트립 패치 안테나는 가볍고 상대적으로 저렴하며 제조가 용이한 편으로, 배열 안테나(어레이 안테나)의 개별 안테나 소자로도 이용된다. Microstrip patch antennas include square patch antennas oriented in the forward direction and circular patch antennas oriented in the circular direction. Specifically, microstrip patch antennas are a type of antenna that is fed by creating a square or circular metal shape on a microstrip substrate. These microstrip patch antennas are lightweight, relatively inexpensive, and easy to manufacture, and are also used as individual antenna elements of array antennas.
그러나, 마이크로스트립 패치 안테나는 통상 90°의 빔폭, 좁은 대역폭, 낮은 안테나 이득(gain)의 단점이 존재한다. 종래 기술에서는 대역폭 향상을 위해 갭 결합을 이용하고 있다. However, microstrip patch antennas typically have the disadvantages of a 90° beamwidth, narrow bandwidth, and low antenna gain. In the prior art, gap coupling is used to improve bandwidth.
도 1은 종래 갭 결합을 포함하는 마이크로스트립 패치 안테나를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 1에 도시된 배열 안테나는 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(gab coupled microstrip antenna, 10)를 개별 안테나 소자로 이용하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(10)는 급전 패치(11)와 기생 패치(12) 사이에 일정 간격의 갭을 포함한다.FIG. 1 is an exemplary drawing for explaining a conventional microstrip patch antenna including gap coupling. The array antenna illustrated in FIG. 1 uses a gap coupled microstrip patch antenna (gab coupled microstrip antenna, 10) as an individual antenna element. As illustrated in FIG. 1, the gap coupled microstrip patch antenna (10) includes a gap of a predetermined interval between a feed patch (11) and a parasitic patch (12).
본 발명은 전술한 마이크로스트립 패치 안테나의 기본 기술과 종래 기술에서 90°의 빔폭의 한계를 극복하기 위한 것으로, 광각 성능의 마이크로스트립 패치 안테나를 제공하고자 한다. The present invention is intended to overcome the limitation of the 90° beam width in the basic technology of the aforementioned microstrip patch antenna and the prior art, and to provide a microstrip patch antenna with wide-angle performance.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical tasks that this embodiment seeks to accomplish are not limited to the technical tasks described above, and other technical tasks may exist.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 광각 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서, 급전 신호를 방사하는 급전 패치; 및 상기 급전 패치의 적어도 하나의 일면을 둘러싸도록 형성된 기생 패치를 포함하고, 상기 기생 패치는, 상기 급전 패치의 양측에 기설정된 갭을 두고 배치된 제 1 기생 패치, 제 2 기생 패치 및 상기 급전 패치의 상부에 기설정된 갭을 두고 배치된 제 3 기생 패치를 포함하는 것인, 광각 마이크로스트립 패치 안테나를 제공 할 수 있다. As a means for achieving the above-described technical task, one embodiment of the present invention can provide a wide-angle microstrip patch antenna, comprising: a feed patch radiating a feed signal; and a parasitic patch formed to surround at least one surface of the feed patch, wherein the parasitic patches include a first parasitic patch, a second parasitic patch, and a third parasitic patch arranged on both sides of the feed patch with a preset gap, and arranged on an upper portion of the feed patch with a preset gap.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as limiting the present invention. In addition to the above-described exemplary embodiments, there may be additional embodiments described in the drawings and detailed description of the invention.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 급전 패치 및 기생 패치 간의 구조적 형상의 특징을 이용하여 위상 지연으로 인한 틸트(tilt)된 빔을 형성할 수 있고, 틸트된 빔과 함께 광각 성능을 개선시킬 수 있는 광각 마이크로스트립 패치 안테나를 제공할 수 있다. According to any one of the problem solving means of the present invention described above, a wide-angle microstrip patch antenna can be provided which can form a tilted beam due to a phase delay by utilizing the structural shape characteristics between a feed patch and a parasitic patch, and can improve wide-angle performance together with the tilted beam.
또한, 기생 패치에 슬롯을 추가하여 개선된 안테나의 이득 및 광각 특성을 안정적으로 만족시킬 수 있는 광각 마이크로스트립 패치 안테나를 제공할 수 있다.In addition, a wide-angle microstrip patch antenna can be provided that can stably satisfy the gain and wide-angle characteristics of the improved antenna by adding a slot to the parasitic patch.
도 1은 종래 갭 결합을 포함하는 마이크로스트립 패치 안테나를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 구성도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 생성 과정 및 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.FIG. 1 is an exemplary drawing for explaining a microstrip patch antenna including conventional gap coupling.
FIG. 2 is a configuration diagram of a microstrip patch antenna according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 3 to 6 are exemplary drawings for explaining the production process and effect of a microstrip patch antenna according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an exemplary drawing for explaining the effect of a microstrip patch antenna according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a microstrip patch antenna according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an exemplary drawing for explaining the effect of a microstrip patch antenna according to another embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are assigned similar drawing reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 중간에 다른 부재를 개재하여 연결되어 있는 경우와, 중간에 다른 소자를 사이에 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification, when it is said that a part "includes" a component, this does not mean that other components are excluded, unless otherwise specifically stated, but that other components may be included. Furthermore, throughout the specification, when it is said that a part is "connected" to another part, this includes not only the cases where they are directly connected, but also the cases where they are connected with another component in between, and the cases where other elements are electrically connected therebetween. Furthermore, throughout the specification, when it is said that a component is positioned "on" another component, this includes not only the cases where a component is in contact with another component, but also the cases where another component exists between the two components.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는 급전 패치(110) 및 기생 패치(120)를 포함할 수 있다. 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는 급전 패치(110) 및 기생 패치(120)를 포함하는 평면 사각형의 형상을 가질 수 있다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. FIG. 2 is a configuration diagram of a microstrip patch antenna according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a microstrip patch antenna (100-1) may include a feed patch (110) and a parasitic patch (120). The microstrip patch antenna (100-1) may have a shape of a flat square including the feed patch (110) and the parasitic patch (120).
다만, 도 2에 도시된 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는 본 발명의 하나의 구현 예에 불과하며, 도 2에 도시된 구성요소들을 기초로 하여 여러 가지 변형이 가능하다.However, the microstrip patch antenna (100-1) illustrated in FIG. 2 is only one implementation example of the present invention, and various modifications are possible based on the components illustrated in FIG. 2.
급전 패치(110)는 급전 신호를 방사할 수 있다. 예를 들어, 급전 패치(110)는 외부로 급전 신호를 방사하거나, 외부로부터 무선 신호를 수신할 수 있다. 또한, 급전 패치(110)는 일측이 급전선(130)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 급전 패치(110)는 급전선(130)으로부터 전력을 공급받을 수 있다.The power patch (110) can radiate a power signal. For example, the power patch (110) can radiate a power signal to the outside or receive a wireless signal from the outside. In addition, the power patch (110) can have one side connected to a power line (130). For example, the power patch (110) can receive power from the power line (130).
기생 패치(120)는 급전 패치(110)의 적어도 하나의 일면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 기생 패치(120)는 제 1 기생 패치(121), 제 2 기생 패치(122) 및 제 3 기생 패치(123)를 포함할 수 있다.A parasitic patch (120) may be formed to surround at least one side of a power supply patch (110). The parasitic patch (120) may include a first parasitic patch (121), a second parasitic patch (122), and a third parasitic patch (123).
도 2를 참조하면, 제 1 기생 패치(121) 및 제 2 기생 패치(122)는 급전 패치(110)의 양측에 기설정된 갭을 두고 배치될 수 있고, 제 3 기생 패치(123)는 급전 패치(110)의 상부에 기설정된 갭을 두고 배치될 수 있다. Referring to FIG. 2, the first parasitic patch (121) and the second parasitic patch (122) can be placed on both sides of the power supply patch (110) with a preset gap, and the third parasitic patch (123) can be placed on the upper side of the power supply patch (110) with a preset gap.
제 1 기생 패치(121) 및 제 2 기생 패치(122)의 종 방향의 길이는 급전 패치(110)의 종 방향의 길이, 제 3 기생 패치(123)의 종 방향의 길이 및 급전 패치(110)와 제 3 기생 패치(123) 사이의 기설정된 갭의 길이를 합한 길이에 대응할 수 있다.The longitudinal lengths of the first parasitic patch (121) and the second parasitic patch (122) may correspond to the sum of the longitudinal length of the power supply patch (110), the longitudinal length of the third parasitic patch (123), and the length of a preset gap between the power supply patch (110) and the third parasitic patch (123).
예를 들어, 제 1 기생 패치(121) 및 제 2 기생 패치(122)의 종 방향의 길이는 급전 패치(110)의 종 방향의 길이의 약 2배일 수 있다. 일례로, 급전 패치(110)의 종 방향의 길이는 약 2.99mm이고, 제 1 기생 패치(121) 및 제 2 기생 패치(122)의 종 방향의 길이는 약 6.18mm일 수 있다. For example, the longitudinal lengths of the first parasitic patch (121) and the second parasitic patch (122) may be about twice the longitudinal length of the feeding patch (110). For example, the longitudinal length of the feeding patch (110) may be about 2.99 mm, and the longitudinal lengths of the first parasitic patch (121) and the second parasitic patch (122) may be about 6.18 mm.
그리로, 제 1 기생 패치(121) 및 제 2 기생 패치(122)의 너비는 약 1mm로, 급전 패치(110)보다 폭은 작으나, 종 방향의 길이는 긴 형상으로 설계될 수 있다. Accordingly, the width of the first parasitic patch (121) and the second parasitic patch (122) is about 1 mm, which is smaller than that of the power supply patch (110), but can be designed to have a long longitudinal length.
제 3 기생 패치(123)의 종 방향의 길이는 급전 패치(110)의 종 방향의 길이보다 작은 것일 수 있다. 예를 들어, 제 3 기생 패치(123)의 종 방향의 길이는 급전 패치(110)의 종 방향의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. The longitudinal length of the third parasitic patch (123) may be shorter than the longitudinal length of the power supply patch (110). For example, the longitudinal length of the third parasitic patch (123) may be formed shorter than the longitudinal length of the power supply patch (110).
일례로, 급전 패치(110)의 종 방향의 길이가 약 2.9mm인 경우, 기생 패치(123)의 종 방향의 길이는 급전 패치(110)의 종 방향의 길이보다 살짝 짧은 약 2.8mm로 설계될 수 있다.For example, when the longitudinal length of the power supply patch (110) is about 2.9 mm, the longitudinal length of the parasitic patch (123) can be designed to be about 2.8 mm, which is slightly shorter than the longitudinal length of the power supply patch (110).
마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는 급전 패치(110)의 좌우 및 상부에 기생 패치(120)와 갭 결합을 형성할 수 있고, 도 2를 참조하면, 급전 패치(110)와 제 1 기생 패치(121) 내지 제 3 기생 패치(123) 간의 갭은, H 형상을 형성할 수 있다. The microstrip patch antenna (100-1) can form a gap coupling with the parasitic patches (120) on the left, right, and top of the feed patch (110), and as shown in FIG. 2, the gap between the feed patch (110) and the first parasitic patch (121) to the third parasitic patch (123) can form an H shape.
이와 같이, 급전 패치(110)와 기생 패치(120) 간의 H 형상의 갭을 포함하는 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는 위상 지연으로 Y축 방향 틸트된 빔과 -Y축 방향 틸트되면서 광각 성능을 갖는 빔이 서로 합성되어 보다 개선된 광각 성능을 가질 수 있다. In this way, a microstrip patch antenna (100-1) including an H-shaped gap between a feed patch (110) and a parasitic patch (120) can have improved wide-angle performance by synthesizing a beam tilted in the Y-axis direction due to a phase delay and a beam tilted in the -Y-axis direction and having wide-angle performance.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)의 구성 및 효과를 구체적으로, 살펴보도록 한다. Hereinafter, the configuration and effect of a microstrip patch antenna (100-1) according to one embodiment of the present invention will be specifically examined with reference to FIGS. 3 to 7.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 생성 과정 및 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 3의 (a)는 급전 패치(110)와 기생 패치(120) 간의 일정 갭을 포함하는 종래 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100a) 이고, (b)는 종래 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100a)의 24.15GHz의 주파수에서의 전류 분포(A) 및 전계 분포(E-filed, B)와, 24.25GHz의 주파수에서의 빔 패턴(C, D)을 도시하고 있다. FIGS. 3 to 6 are exemplary drawings for explaining the process and effect of producing a microstrip patch antenna according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) shows a conventional gap-coupled microstrip patch antenna (100a) including a predetermined gap between a feed patch (110) and a parasitic patch (120), and (b) shows the current distribution (A) and electric field distribution (E-field, B) of the conventional gap-coupled microstrip patch antenna (100a) at a frequency of 24.15 GHz, and the beam pattern (C, D) at a frequency of 24.25 GHz.
도 3의 (a)를 참조하면, 종래 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100a)는 급전 패치(110)의 종 방향의 길이와 기생 패치(120)의 종 방향의 길이가 같다. 예를 들어, 급전 패치(110) 및 기생 패치(120)의 종 방향의 길이는 약 2.9mm일 수 있다. 이와 같은 종래 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100a)는, 도 3의 (b)를 참조하면, 급전 패치(100) 및 기생 패치(120)에 흐르는 전류의 위상이 대략 180°차이가 난다. Referring to (a) of FIG. 3, in a conventional gap-coupled microstrip patch antenna (100a), the longitudinal length of the feed patch (110) and the longitudinal length of the parasitic patch (120) are the same. For example, the longitudinal lengths of the feed patch (110) and the parasitic patch (120) may be approximately 2.9 mm. Referring to (b) of FIG. 3, in such a conventional gap-coupled microstrip patch antenna (100a), the phases of the currents flowing in the feed patch (100) and the parasitic patch (120) differ by approximately 180°.
도 4의 (a)는 도 3에 도시된 종래 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100a)에서 기생 패치(123)의 종 방향의 길이를 급전 패치(110)의 종 방향의 길이보다 짧게 한 경우의 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100b) 이고, (b)는 기생 패치(123)의 길이를 짧게 한 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100b)의 24.15GHz의 주파수에서의 전류 분포(A), 전계 분포(E-filed, B) 및 빔 패턴(C, D)을 도시하고 있다.FIG. 4 (a) is a gap-coupled microstrip patch antenna (100b) in which the longitudinal length of the parasitic patch (123) is made shorter than the longitudinal length of the feed patch (110) in the conventional gap-coupled microstrip patch antenna (100a) illustrated in FIG. 3, and (b) illustrates the current distribution (A), electric field distribution (E-field, B), and beam pattern (C, D) at a frequency of 24.15 GHz of the gap-coupled microstrip patch antenna (100b) in which the length of the parasitic patch (123) is shortened.
도 4의 (a)에 도시된 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100b)는, 예를 들어, 급전 패치(110)의 종 방향의 길이가 약 2.9mm, 기생 패치(123)의 종 방향의 길이가 약 2.8mm일 수 있다. 기생 패치(123)의 길이를 짧게 한 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100b)는, 도 4의 (b)를 참조하면, 위상 지연(phase delay)을 가질 수 있고, 위상 지연으로 인하여 틸트된 빔을 형성할 수 있다. The gap-coupled microstrip patch antenna (100b) illustrated in (a) of FIG. 4 may have, for example, a longitudinal length of the feed patch (110) of about 2.9 mm and a longitudinal length of the parasitic patch (123) of about 2.8 mm. The gap-coupled microstrip patch antenna (100b) with a shortened length of the parasitic patch (123) may have a phase delay, as shown in (b) of FIG. 4, and may form a tilted beam due to the phase delay.
도 5의 (a)는 급전 패치(110)의 양측에 기생 패치(121, 122)를 배치한 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100c)이고, (b)는 양측에 기생 패치(121, 122)가 배치된 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100c)의 24.15GHz의 주파수에서의 전류 분포(A), 전계 분포(E-filed, B) 및 빔 패턴(C, D)을 도시하고 있다.Figure 5 (a) shows a gap-coupled microstrip patch antenna (100c) having parasitic patches (121, 122) arranged on both sides of a feed patch (110), and (b) shows the current distribution (A), electric field distribution (E-field, B), and beam pattern (C, D) at a frequency of 24.15 GHz of the gap-coupled microstrip patch antenna (100c) having parasitic patches (121, 122) arranged on both sides.
도 5의 (a)에 도시된 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100c)는, 급전 패치(110)의 양 측에 일정 갭을 두고 제 1 기생 패치(121) 및 제 2 기생 패치(122)를 배치할 수 있다. 예를 들어, 제 1 기생 패치(121) 및 제 2 기생 패치(122)의 종 방향의 길이는 급전 패치(110)의 종 방향의 길이의 약 2배일 수 있다. 예를 들어, 제 1 기생 패치(121) 및 제 2 기생 패치(122)의 밑면 위치는 급전 패치(110)의 밑면 위치와 일치시킬 수 있다. The gap-coupled microstrip patch antenna (100c) illustrated in (a) of FIG. 5 can place the first parasitic patch (121) and the second parasitic patch (122) with a certain gap on both sides of the feed patch (110). For example, the longitudinal length of the first parasitic patch (121) and the second parasitic patch (122) can be about twice the longitudinal length of the feed patch (110). For example, the bottom positions of the first parasitic patch (121) and the second parasitic patch (122) can be aligned with the bottom position of the feed patch (110).
급전 패치(110)의 좌우에 갭 결합을 가지는 마이크로스트립 패치 안테나(100c)는, 도 5의 (b)를 참조하면, 110°이상의 광각 성능을 가질 수 있다. A microstrip patch antenna (100c) having gap coupling on the left and right of a power patch (110) can have a wide-angle performance of 110° or more, as shown in (b) of FIG. 5.
도 6의 (a)는 좌우에 갭 결합을 가지는 마이크로스트립 패치 안테나(100c)와 기생 패치의 길이를 짧게 한 갭 결합 마이크로스트립 패치 안테나(100b)를 결합한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나(100-1) 이다. FIG. 6 (a) is a microstrip patch antenna (100-1) according to one embodiment of the present invention, which combines a microstrip patch antenna (100c) having gap coupling on the left and right sides and a gap-coupled microstrip patch antenna (100b) with a shortened length of a parasitic patch.
예를 들어, 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는 급전 패치의 좌우 및 상부에 갭 결합을 가질 수 있다. 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는 급전 패치와 기생 패치 간의 H 형상의 갭을 형성할 수 있다. For example, the microstrip patch antenna (100-1) may have gap couplings on the left, right, and top of the feed patch. The microstrip patch antenna (100-1) may form an H-shaped gap between the feed patch and the parasitic patch.
H 형상의 갭을 형성하는 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는, 도 6의 (b)를 참조하면, 광각 성능이 보다 향상되었음을 확인할 수 있다. 도 6의 (b)는 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)의 24.15GHz의 주파수에서의 방사 패턴이다. 구체적으로, 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)는 급전 패치의 좌우의 갭 결합으로 개선된 광각 성능이 상부에 갭 결합을 추가하여 형성된 틸트된 빔과 합성되어 보다 향상될 수 있다. 예를 들어, 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)의 광각 성능은 112.8°에서 126.3°으로 향상될 수 있다. The microstrip patch antenna (100-1) forming an H-shaped gap can be confirmed to have improved wide-angle performance with reference to (b) of FIG. 6. (b) of FIG. 6 is a radiation pattern of the microstrip patch antenna (100-1) at a frequency of 24.15 GHz. Specifically, the wide-angle performance of the microstrip patch antenna (100-1) improved by gap coupling on the left and right of the feed patch can be further improved by combining it with a tilted beam formed by adding gap coupling on the top. For example, the wide-angle performance of the microstrip patch antenna (100-1) can be improved from 112.8° to 126.3°.
또한, 도 6의 (c)는 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)의 24.15GHz의 주파수에서의 반사손실 특성 변화를 나타내는 S11 파라미터이다. 도 6의 (c)를 참조하면, H 형상의 갭을 형성하는 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)의 대역폭이 보다 향상되었음을 확인할 수 있다. In addition, (c) of Fig. 6 is an S11 parameter showing the change in the reflection loss characteristics of the microstrip patch antenna (100-1) at a frequency of 24.15 GHz. Referring to (c) of Fig. 6, it can be confirmed that the bandwidth of the microstrip patch antenna (100-1) forming an H-shaped gap is further improved.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 도 7은 H 형상의 갭을 형성하는 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)의 24.15GHz의 주파수에서의 전류 분포(A), 전계 분포(E-filed, B) 및 빔 패턴(C, D)을 도시하고 있다.Fig. 7 is an exemplary drawing for explaining the effect of a microstrip patch antenna according to one embodiment of the present invention. Fig. 7 illustrates the current distribution (A), electric field distribution (E-field, B), and beam pattern (C, D) at a frequency of 24.15 GHz of a microstrip patch antenna (100-1) forming an H-shaped gap.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 구성도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나(100-2)는 전술한 H 형상의 갭을 형성하는 마이크로스트립 패치 안테나(100-1)에서 슬롯(123a)이 추가될 수 있다. FIG. 8 is a configuration diagram of a microstrip patch antenna according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, a microstrip patch antenna (100-2) according to another embodiment of the present invention may have a slot (123a) added to the microstrip patch antenna (100-1) forming the above-described H-shaped gap.
구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나(100-2)는 급전 패치(110) 및 제 1 기생 패치(121), 제 2 기생 패치(122) 및 제 3 기생 패치(123)를 포함하는 기생 패치(120)를 포함할 수 있다. 이 때, 제 3 기생 패치(123)는 내부에 기설정된 크기의 슬롯(123a)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 3 기생 패치(123)의 중심부에 일정 크기의 슬롯(123a)이 형성될 수 있다. Specifically, a microstrip patch antenna (100-2) according to another embodiment of the present invention may include a parasitic patch (120) including a feed patch (110) and a first parasitic patch (121), a second parasitic patch (122), and a third parasitic patch (123). At this time, the third parasitic patch (123) may include a slot (123a) having a preset size therein. For example, a slot (123a) having a preset size may be formed at the center of the third parasitic patch (123).
도 9는 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나의 효과를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 예를 들어, 마이크로스트립 패치 안테나(100-2)는 급전 패치와 기생 패치 간의 H 형상의 갭 결합을 가지는 마이크로스트립 패치 안테나에서 슬롯을 추가하여 전류 경로의 변화를 줄 수 있고, 도 9의 (a)를 참조하면, 사용 주파수 대역 24~24.25GHz에서 125°이상의 광각 특성을 가질 수 있다. FIG. 9 is an exemplary drawing for explaining the effect of a microstrip patch antenna according to another embodiment. For example, a microstrip patch antenna (100-2) can change a current path by adding a slot in a microstrip patch antenna having an H-shaped gap coupling between a feed patch and a parasitic patch, and as shown in (a) of FIG. 9, can have a wide-angle characteristic of 125° or more in a usable frequency band of 24 to 24.25 GHz.
도 9의 (a)는 슬롯이 추가된 마이크로스트립 패치 안테나(100-2)의 24.15GHz의 주파수에서의 전류 분포(A), 전계 분포(E-filed, B) 및 빔 패턴(C, D)을 도시하고 있다.Figure 9 (a) illustrates the current distribution (A), electric field distribution (E-field, B), and beam pattern (C, D) at a frequency of 24.15 GHz of a microstrip patch antenna (100-2) with an added slot.
그리고, 도 9의 (b)는 H 형상의 갭을 형성하는 마이크로스트립 패치 안테나의 슬롯 추가 여부에 따른 안테나의 이득과 빔 폭 성능을 설명하고 있다. 예를 들어, 사용 주파수 대역 24~24.25GHz에서 슬롯을 추가하지 않은 경우(910), 안테나의 이득이 5.14 내지 5.58의 범위를 보이고 있으나, 슬롯을 추가한 경우(920), 안테나의 이득이 5.24 내지 5.37의 범위를 유지하고 있다. 즉, 슬롯을 추가한 경우(920)가 슬롯을 추가하지 않은 경우(910)보다 안테나의 이득이 안정적으로 유지될 수 있다. And, Fig. 9 (b) explains the antenna gain and beam width performance according to whether or not a slot is added to a microstrip patch antenna forming an H-shaped gap. For example, in the usable frequency band of 24 to 24.25 GHz, when no slot is added (910), the antenna gain is in the range of 5.14 to 5.58, but when a slot is added (920), the antenna gain is maintained in the range of 5.24 to 5.37. In other words, when a slot is added (920), the antenna gain can be maintained more stably than when a slot is not added (910).
또한, 사용 주파수 대역 24~24.25GHz에서 슬롯을 추가한 경우(920)가 슬롯을 추가하지 않은 경우(910) 보다 125°이상의 광각 특성을 만족하고 있는 것을 확인할 수 있다. In addition, it can be confirmed that the case where a slot is added (920) in the used frequency band of 24 to 24.25 GHz satisfies the wide-angle characteristic of more than 125° compared to the case where a slot is not added (910).
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 패치 안테나(100-2)는 H 형상의 갭을 형성하고 기생 패치에 슬롯을 추가하여, 보다 향상된 안테나의 이득 및 광각 특성을 일정하게 유지시킬 수 있다. Therefore, the microstrip patch antenna (100-2) according to another embodiment of the present invention can maintain the gain and wide-angle characteristics of the improved antenna at a constant level by forming an H-shaped gap and adding a slot to the parasitic patch.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential characteristics of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single component may be implemented in a distributed manner, and likewise, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100-1: 마이크로스트립 패치 안테나
110: 급전 패치
120: 기생 패치
121: 제 1 기생 패치
122: 제 2 기생 패치
123: 제 3 기생 패치100-1: Microstrip Patch Antenna
110: Emergency Patch
120: Parasite Patch
121: First Parasitic Patch
122: 2nd Parasite Patch
123: 3rd Parasite Patch
Claims (6)
급전 신호를 방사하는 급전 패치; 및
상기 급전 패치의 적어도 하나의 일면을 둘러싸도록 형성된 기생 패치;
를 포함하고,
상기 기생 패치는,
상기 급전 패치의 양측에 기설정된 갭을 두고 배치된 제 1 기생 패치, 제 2 기생 패치 및 상기 급전 패치의 상부에 기설정된 갭을 두고 배치된 제 3 기생 패치를 포함하고,
상기 제 1 기생 패치 및 상기 제 2 기생 패치는 상기 제 3 기생 패치의 양측의 적어도 일부를 둘러싸고,
상기 급전 패치와 상기 제 1 기생 패치 내지 상기 제 3 기생 패치 간의 갭은, H 형상을 형성하고,
상기 제 1 기생 패치 및 상기 제 2 기생 패치의 종 방향의 길이는, 상기 급전 패치의 종 방향의 길이, 상기 제 3 기생 패치의 종 방향의 길이 및 상기 급전 패치와 상기 제 3 기생 패치 사이의 기설정된 갭의 길이를 합한 길이와 동일하고,
상기 제 1 기생 패치 및 상기 제 2 기생 패치의 종 방향의 길이는 상기 급전 패치의 종 방향의 길이의 2배이고,
상기 제 3 기생 패치는 내부에 기설정된 크기의 슬롯을 포함하는 것인, 광각 마이크로스트립 패치 안테나.
In wide-angle microstrip patch antennas,
A power patch radiating a power signal; and
A parasitic patch formed to surround at least one side of the above-described feeding patch;
Including,
The above parasitic patch is,
It includes a first parasitic patch, a second parasitic patch, and a third parasitic patch positioned with a preset gap on both sides of the above-mentioned power supply patch, and a third parasitic patch positioned with a preset gap on the upper side of the above-mentioned power supply patch.
The first parasitic patch and the second parasitic patch surround at least a portion of both sides of the third parasitic patch,
The gap between the above-mentioned power patch and the first parasitic patch to the third parasitic patch forms an H shape,
The longitudinal lengths of the first parasitic patch and the second parasitic patch are equal to the sum of the longitudinal length of the feeding patch, the longitudinal length of the third parasitic patch, and the length of the preset gap between the feeding patch and the third parasitic patch.
The longitudinal lengths of the first parasitic patch and the second parasitic patch are twice the longitudinal length of the feeding patch,
A wide-angle microstrip patch antenna, wherein the third parasitic patch includes a slot of a preset size therein.
상기 제 3 기생 패치의 종 방향의 길이는, 상기 급전 패치의 종 방향의 길이보다 작은 것인, 광각 마이크로스트립 패치 안테나.
In the first paragraph,
A wide-angle microstrip patch antenna, wherein the longitudinal length of the third parasitic patch is smaller than the longitudinal length of the feeding patch.
상기 급전 패치 및 상기 기생 패치는 평면 사각형의 형상을 가지는 것인, 광각 마이크로스트립 패치 안테나.
In the first paragraph,
A wide-angle microstrip patch antenna, wherein the above-mentioned feed patch and the above-mentioned parasitic patch have a shape of a flat square.
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| KR1020220008593A KR102713318B1 (en) | 2022-01-20 | 2022-01-20 | Wide angle microstrip patch antenna using gap-coupling with parasitic antenna |
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