KR20080002346A

KR20080002346A - Dual band patch antenna for zigbee system

Info

Publication number: KR20080002346A
Application number: KR1020060061128A
Authority: KR
Inventors: 임병준; 이정남
Original assignee: (주)파트론
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-04

Abstract

A dual band patch antenna for a Zigbee system is provided to enhance user convenience by adjusting a length of a slot and a size of a radiating patch. A feeding line is arranged to traverse a center portion of a microstrip patch antenna in a normal direction. A radiating patch surface(310) is attached to one surface of a slot and freely radiates electromagnetic waves which are generated from a magnetic current, to a free space. F-type slots(321,322,323) are arranged at the center of the radiating patch surface. A CPWG(CoPlanar Waveguide with Ground) structure feeding line(311) is connected to a front substrate on the radiating patch surface and transmits signals. A rectangular slot(320) is smaller than the F-type slot which is arranged on a left side of the feeding line. A length of a long slot on the F-type slot is adjusted to regulate a low frequency band. A size of the radiating patch is adjusted to adjust a global frequency band.

Description

Dual band patch antenna for Zigbee system

도 1은 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나의 제 1실시예를 나타내는 도면이고,1 is a diagram showing a first embodiment of a dual band patch antenna for a Zigbee system according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나의 일 실시예를 모의 실험한 결과를 나타내는 도면이고,2 is a diagram showing the results of a simulation of an embodiment of a dual band patch antenna for a Zigbee system according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나의 제 2실시예를 나타내는 도면이고,3 is a view showing a second embodiment of a dual band patch antenna for a Zigbee system according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나의 제 2실시예의 저주파 대역에서의 복사 패턴을 나타내는 도면이고,4 is a diagram showing a radiation pattern in a low frequency band of a second embodiment of a dual band patch antenna for a Zigbee system according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나의 제 2실시예의 고주파 대역에서의 복사 패턴을 나타내는 도면이고,5 is a diagram showing a radiation pattern in the high frequency band of the second embodiment of a dual band patch antenna for a Zigbee system according to the present invention,

도 6은 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나의 제 3실시예를 나타내는 도면이다.6 illustrates a third embodiment of a dual band patch antenna for a Zigbee system according to the present invention.

본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나는 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나에 슬롯의 형태를 가미하여 안테나의 크기를 축소시키고, 미국(902~928 MHz), 유럽(868MHz) 및 전 세계(2.45GHz) 주파수 대역에서 동작할 수 있도록 Zigbee 시스템에 사용될 수 있는 안테나이다.The dual band patch antenna for the Zigbee system according to the present invention reduces the size of the antenna by adding a slot shape to a general microstrip patch antenna, and the United States (902 to 928 MHz), Europe (868 MHz) and worldwide (2.45 GHz). An antenna that can be used in the Zigbee system to operate in the frequency band.

최근, 근거리 무선통신을 지원하는 IEEE 802.15.4 표준 중의 하나의 동작으로 블루투스와 함께 가정, 사무실 등의 무선 네트워킹 분야에서 10~20m 내외의 근거리 통신과 유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 기술에 대한 관심과 개발이 높아지고 있다. Zigbee 시스템은 저속 전송 속도를 갖는 홈 오토메이션 및 데이터 네트워크를 위한 표준 기술로서 버튼하나의 동자그로 집안 어느 곳에서나 전등 제어 및 홈 보안 시스템, VCR ON/OFF 등을 할 수 있고, 인터넷을 통한 전화 접속으로 홈 오토메이션을 더욱 편리하게 이용하려는 것에서부터 출발한 기술이다. IEEE 802.15.4 Task Group에서는 PHY, MAC의 표준화를 진행하고 있고, Zigbee Alliance에서는 PHY, MAC, Data Link, Network, Application Layer까지 표준화를 진행하고 있다. 듀얼 PHY 형태로 주파수 대역은 2.4GHz, 868/915MHz를 사용하고, 모뎀 방식은 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum), MAC은 CSMA/CA를 사용하며, 데이터 전송속도는 20Kbps에서 250Kbps까지 가능하다. Zigbee stack system의 요구조건은 8bit 마이크로 컨 트롤러를 사용하며, 전체 프로토콜 스팩은 32K bytes이하여야 한다는 것이다. Zigbee 시스템의 특징으로는 저전력, 저비용이며, 반경 30m 내에서 250kbps의 속도로 데이터를 전송하며 하나의 무선 네트워크에 255대의 기기를 연결하여 사용할 수 있다는 장점이 있다. Recently, with the operation of one of the IEEE 802.15.4 standards supporting near field communication, interest and development of technologies for near field communication and ubiquitous computing within 10-20 meters in the wireless networking field such as home, office, etc. are increasing. have. Zigbee system is a standard technology for home automation and data network with low transmission speed, and can control lights, home security system, VCR ON / OFF, etc. anywhere in the house with one button movement. It's a technology that started from making home automation easier. The IEEE 802.15.4 Task Group is standardizing PHY and MAC, while the Zigbee Alliance is standardizing PHY, MAC, Data Link, Network, and Application Layer. The dual PHY type uses 2.4GHz and 868 / 915MHz frequency bands, uses DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), CSMA / CA for MAC, and data rates from 20Kbps to 250Kbps. The requirement for a Zigbee stack system is to use an 8bit microcontroller and the overall protocol specification should be less than 32K bytes. Zigbee system features low power and low cost, transmits data at 250kbps within 30m radius, and can connect 255 devices to one wireless network.

Zigbee 시스템과 같은 시스템의 광대역화에 따라 안테나의 광대역화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 또한 안테나의 광대역화와 더불어 다양한 주파수 대역을 쓸 수 있는 안테나의 다중대역화에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.In accordance with the wideband of the system such as Zigbee system, the research on the widening of the antenna is being actively conducted, and also the research on the multibanding of the antenna which can use various frequency bands with the widening of the antenna is being actively conducted. have.

그러나, 마이크로스트립 패치안테나는 소형, 경량 및 제작의 용이성이라는 장점이 있지만, 전송 가능한 대역폭이 협소하고, 초고주파에서는 신호선로 옆으로 휘는 fringing field가 존재하기 때문에 유사 TEM 모드를 구현하는 것과 상대적으로 기판값이 비싸다는 단점을 가진다. 대역폭을 넓히기 위하여 종래 기술에는 적층 마이크로스트립 패치 안테나가 있다. 접지면 위에 있는 임의 형상의 활성 마이크로스트립 패치는 상기 활성 패리의 상단 위에 있는 수동 비여진 패치에 결합된다. 상기 활성 및 비여진 패치들은 그들 사이에 일정한 거리를 유지하며, 인접한 패치에 보다 근접한 상기 두 개의 패치 중 임의의 것 위의 특정한 근접 영역을 통해 특정적으로 결합하지 않는다는 것을 알게 될 것이다. 상기 적층 마이크로 스트립 패치안테나 구성은 광대역 성향을 제공하지만 밀접한 근접 영역을 특징으로 하지 않으며, 상기 패치들이 상기 패치의 유전성 기판 내부의 반-파장과 매치되도록 전형적 인 사이즈가 되기 때문에 그것은 현재 요구되고 있는 최소형 안테나를 만족하지 못한다. 한편, 마이크로스트립 패치안테나의 가장 큰 단점인 협대역을 개선하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있는데, 그 중 하나가 마이크로스트립 패치 안테나의 구조 자체를 변화시켜 대역폭을 넓힌 슬롯 안테나이다. 그러나, 슬롯 안테나의 일반적인 급전 방식은 마이크로스트립 급전선로의 중앙을 수직으로 가로지르게 하는 방식이다. 그러나, 이러한 방식은 방사저항이 커서 임피던스 정합을 하기 어렵고, 소형화 안테나에 대한 소비자들의 요구가 커져가는 시점에서 수신 성능은 유지하면서도 소형화된 안테나의 개발이 촉구된다.However, microstrip patch antennas have the advantages of small size, light weight, and ease of fabrication. However, because of the narrow transmittable bandwidth and the presence of a fringing field that bends the side of the signal line at ultra-high frequency, the value of the substrate is relatively high. This has the disadvantage of being expensive. In order to increase the bandwidth, the prior art has a stacked microstrip patch antenna. An active microstrip patch of any shape above the ground plane is coupled to a passive unpatched patch above the top of the active parry. It will be appreciated that the active and depleted patches maintain a constant distance between them and do not specifically bind through a particular proximal region on any of the two patches closer to the adjacent patch. The stacked micro strip patch antenna configuration provides broadband propensity but does not feature intimate proximity, and it is the smallest size currently required since the patches are typically sized to match the half-wavelength inside the patch's dielectric substrate. Not satisfied with the antenna On the other hand, various researches are being conducted to improve the narrow band, which is the biggest disadvantage of the microstrip patch antenna, and one of them is a slot antenna having a wider bandwidth by changing the structure of the microstrip patch antenna itself. However, the general feeding method of the slot antenna is a method of vertically crossing the center of the microstrip feed line. However, this method is difficult to match impedance due to the large radiation resistance, and it is urged to develop a miniaturized antenna while maintaining the reception performance at a time when the demand for the miniaturized antenna increases.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 패치안테나의 구조를 간단하게 하면서도 슬롯의 모양과 길이를 조정하여 안테나의 구현 비용은 감소시키면서 시스템에 장착할 수 있을 정도의 안테나 크기를 소형화하고 미국, 유럽, 전 세계 주파수 대역에서 동작 할 수 있도록 이중대역 이상의 특징을 가지도록 하고자 한다.As described above, the present invention was devised to solve the problems of the prior art, while simplifying the structure of the patch antenna and adjusting the shape and length of the slot to reduce the cost of implementing the antenna, and thus can be mounted in the system. It aims to miniaturize the antenna size and have features beyond the dual band so that it can operate in the US, Europe and the global frequency band.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1특징에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 안테나는, 급전선로를 슬롯의 중앙에 수직으로 가로지르게 하는 사각의 마이크로스트립 패치안테나에 있어서, 슬롯의 일측에 부착하여 자기전류에 의해 발 생된 전자파를 자유공간으로 복사하는 방사패치면; 상기 방사패치면상의 중앙에 위치하는 F형 슬롯; 상기 방사패치면에서 전면부 기판에 연결되어 신호를 전송하는 역할을 하는 CPWG(coplanar waveguide with ground)구조의 급전라인; 및 상기 급전라인의 왼쪽에 위치하는 상기 F형 슬롯보다는 작은 사각 슬롯을 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 F형 슬롯의 상부의 긴 슬롯의 길이를 조정함으로써 저주파대역(868~928MHz)을 조절할 수 있으며, 상기 사각의 슬롯의 길이 및 상기 방사패치의 크기를 조정함으로써 전 세계 주파수 대역(2.45GHz)을 조절할 수 있다.A dual-band antenna for a Zigbee system according to the first aspect of the present invention for achieving the above object, in the rectangular microstrip patch antenna for vertically crossing the feed line to the center of the slot, it is attached to one side of the slot Radiation patch surface for radiating the electromagnetic waves generated by the magnetic current into the free space; An F-shaped slot centrally located on the radiation patch surface; A feed line having a coplanar waveguide with ground (CPWG) structure connected to the front substrate on the radiation patch surface to transmit a signal; And a rectangular slot smaller than the F-shaped slot positioned on the left side of the feed line. Here, the low frequency band (868 ~ 928MHz) can be adjusted by adjusting the length of the long slot in the upper portion of the F-type slot, the global frequency band (2.45GHz) by adjusting the length of the rectangular slot and the size of the radiation patch ) Can be adjusted.

본 발명의 제 2특징에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 안테나는 급전선로를 슬롯의 중앙에 수직으로 가로지르게 하는 사각의 마이크로스트립 패치안테나에 있어서, 슬롯의 일측에 부착하여 자기전류에 의해 발생된 전자파를 자유공간으로 복사하는 방사패치면; 상기 방사패치면상의 중앙에 위치하는 chair형 슬롯; 및 상기 방사패치면에서 전면부 기판에 연결되어 신호를 전송하는 역할을 하는 CPWG(coplanar waveguide with ground)구조의 급전라인을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 chair형 슬롯의 세로방향으로 형성된 상부의 긴 슬롯의 길이를 조정함으로써 저주파대역(868~928MHz)을 조절할 수 있으며, 상기 방사패치의 크기를 조정함으로써 전 세계 주파수 대역(2.45GHz)을 조절할 수 있다.A dual band antenna for a Zigbee system according to a second aspect of the present invention is a rectangular microstrip patch antenna that vertically traverses a feed line in the center of a slot, and attaches to one side of the slot to absorb electromagnetic waves generated by magnetic current. A radiation patch surface that radiates into free space; A chair slot located at the center of the radiation patch surface; And a feed line having a coplanar waveguide with ground (CPWG) structure connected to the front substrate on the radiation patch surface to transmit a signal. Here, the low frequency band (868 ~ 928MHz) can be adjusted by adjusting the length of the upper long slot formed in the vertical direction of the chair slot, and the global frequency band (2.45GHz) by adjusting the size of the radiation patch Can be.

본 발명의 제 3특징에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 안테나는 급전선로를 슬롯의 중앙에 수직으로 가로지르게 하는 사각의 마이크로스트립 패치안테나에 있어서, 슬롯의 일측에 부착되며 기판의 2/3정도의 면적을 차지하는 자기전류에 의해 발생된 전자파를 자유공간으로 복사하는 방사패치면; 상기 방사패치면상에서 한쪽으로 치우진 형태로 위치하는 chair형 슬롯; 및 상기 방사패치면에서 전면부 기판에 연결되어 신호를 전송하는 역할을 하는 CPWG(coplanar waveguide with ground)구조의 급전라인을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 chair형 슬롯의 세로방향으로 형성된 상부의 긴 슬롯의 길이를 조정함으로써 저주파대역(868~928MHz)을 조절할 수 있도록 하고, 상기 방사패치의 크기를 조정함으로써 전 세계 주파수 대역(2.45GHz)을 조절할 수 있도록 한다.A dual band antenna for a Zigbee system according to a third aspect of the present invention is a rectangular microstrip patch antenna that vertically traverses a feed line in the center of a slot, and is attached to one side of the slot and is about 2/3 the area of the substrate. Radiation patch surface for radiating the electromagnetic wave generated by the magnetic current occupying the free space; A chair-type slot positioned on one side of the radiation patch surface; And a feed line having a coplanar waveguide with ground (CPWG) structure connected to the front substrate on the radiation patch surface to transmit a signal. By adjusting the length of the upper long slot formed in the longitudinal direction of the chair-type slot to adjust the low frequency band (868 ~ 928MHz), by adjusting the size of the radiation patch can adjust the global frequency band (2.45GHz) Make sure

이하, 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 안테나의 실시 예를 도1 내지 도 6를 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, an embodiment of a dual band antenna for a Zigbee system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

도 1은 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나의 제 1실시예를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a first embodiment of a dual band patch antenna for a Zigbee system according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명은 Zigbee 시스템용 F형 슬롯을 가지는 이중대역 패치안테나로서, 기판(301)의 상부에 전자기파를 방사하는 방사패치(310)와 신호가 흐르는 통로인 급전 라인(311), 접지면(312,313,320), 그리고 상기 방사패치면 상에 형성된 F형 슬롯(321,322,323), 상기 F형 슬롯의 왼쪽방면으로 상기 급전라인 왼쪽에 형성된 작은 사각 슬롯(320)으로 구성되어 있다. F형 슬롯(321,322,323)에 서 가로로 형성된 슬롯(323)의 길이를 조절함으로써 저주파 대역에 속하는 유럽(868MHz) 및 미국 주파수 대역(902~928MHz)을 조절할 수 있도록 하는 특징이 있다. 그리고, 사각슬롯(320)은 그 길이를 조절함으로써 고주파 대역인 전 세계 주파수 대역(2.45GHz)을 조절할 수 있도록 한다. 이는 또한, 상기 방사패치의 크기를 조절함으로써 고주파 대역의 조절이 가능하다. F형 슬롯과 사각슬롯 및 방사패치의 크기 조정에 따라 저주파 대역과 고주파 대역에서 원하는 주파수 대역으로의 조절을 통해, 이중대역에서 사용할 수 있는 Zigbee 시스템에 바람직한 안테나가 된다. 급전라인(311)을 통하여 신호가 인가되고 전기적인 신호는 방사패치(310)를 통과하여 전자기파로 자유공간에 방사하게 된다. 그리고, 접지면(312,313,320)은 CPWG(coplanar waveguide with ground) 형태로 구현하였다. 급전라인(311)과 접지면(312,313)이 동일 평면상에서 전계를 형성하는 CPW(coplanar waveguide)는 마이크로스트립 선로와 유사하지만 접지면이 선로의 밑이 아닌 양쪽에 존재하는 것으로 경우에 따라서는 하단부에 추가적인 접지면을 놓을 수도 있다. 상기 CPW(coplanar waveguide)구조는 한 면에 공존하는 신호선과 접지면 사이에 수직으로 필드가 걸리기 때문에 마이크로스트립과 달리 완전한 TEM mode를 구현할 수 있어서 고주파대역으로 갈수록 전송특성이 좋아진다는 장점이 있다. 상기 기판(301)은 FR4, TMM4, Teflon, Flexible 기판 등의 임의의 기판을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 1, the present invention is a dual band patch antenna having an F-type slot for a Zigbee system, and a power supply line 311 which is a path through which a radiation patch 310 radiates electromagnetic waves and a signal flows on an upper portion of a substrate 301. And ground planes 312, 313 and 320, and F-shaped slots 321, 322 and 323 formed on the radiation patch surface, and a small rectangular slot 320 formed on the left side of the feed line to the left side of the F-shaped slot. By adjusting the length of the slot 323 formed horizontally in the F-type slots (321, 322, 323) is characterized in that it is possible to adjust the European (868MHz) and US frequency band (902 ~ 928MHz) belonging to the low frequency band. The square slot 320 adjusts the length to adjust the global frequency band (2.45 GHz) which is a high frequency band. It is also possible to control the high frequency band by adjusting the size of the radiation patch. By adjusting the size of the F-type slot, square slot, and radiation patch, the low frequency band and the high frequency band can be adjusted to a desired frequency band, making it a desirable antenna for a Zigbee system that can be used in a dual band. The signal is applied through the power supply line 311 and the electrical signal passes through the radiation patch 310 to radiate to the free space with electromagnetic waves. The ground planes 312, 313, 320 are implemented in the form of coplanar waveguide with ground (CPWG). The coplanar waveguide (CPW), in which the feed line 311 and the ground planes 312 and 313 form an electric field on the same plane, is similar to the microstrip line, but the ground plane is present on both sides of the line instead of below the line. You can also place additional ground planes. The coplanar waveguide (CPW) structure has a merit that a full TEM mode can be implemented unlike a microstrip because a field is vertically interposed between a signal line and a ground plane coexisting on one surface, and thus the transmission characteristic is improved toward the high frequency band. The substrate 301 may be any substrate, such as FR4, TMM4, Teflon, Flexible substrate.

도 2는 상기 제 1실시예에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치안테나를 모의 실험한 결과를 나타내는 도면으로, 안테나에 대한 반사 계수를 주파수 함수로써 나타내었다. 도 1의 F형 슬롯에서 가로로 형성된 슬롯(323)의 길이를 조절하고, 작은 사각슬롯(320)의 길이 및 방사패치(310)의 크기를 조절함으로써, 도 4에 나타나는 바와 같이, 반사계수 -10dB 이하에서 유럽(868MHz) 및 미국(902~928MHz)를 포함하는 저주파 대역과 전 세계 주파수 대역(2.45GHz)인 고주파 대역을 만족함을 알 수 있다. 한편, 도 2는 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치 안테나의 제 2실시예 및 제 3실시예를 모의실험한 경우에도 만족한다.FIG. 2 is a diagram illustrating a simulation result of a dual band patch antenna for a Zigbee system according to the first embodiment, and shows a reflection coefficient of an antenna as a function of frequency. By adjusting the length of the slot 323 formed horizontally in the F-shaped slot of Figure 1, the length of the small square slot 320 and the size of the radiation patch 310, as shown in Figure 4, It can be seen that less than 10dB satisfies the low frequency band including Europe (868MHz) and the United States (902 ~ 928MHz) and the high frequency band of the global frequency band (2.45GHz). On the other hand, Figure 2 is also satisfied when the second embodiment and the third embodiment of the dual band patch antenna for the Zigbee system according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 안테나의 제 2실시예를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a second embodiment of a dual band antenna for a Zigbee system according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명은 Zigbee 시스템용 chair형 슬롯을 가지는 이중대역 안테나로서, 기판(401)의 상부에 전자기파를 방사하는 방사패치(410)와 신호가 흐르는 통로인 급전 라인(411), 접지면(412,413,420), 그리고 상기 방사패치면 상에 형성된 chair형 슬롯(321,322,323)으로 이루어져 있다. 여기서, chair형 슬롯(430,431,432)에서 세로로 뻗어있는 슬롯(432)의 길이를 조절함으로써 저주파 대역에 속하는 유럽(868MHz) 및 미국 주파수 대역(902~928MHz)을 조절할 수 있도록 하는 특징이 있다. 그리고, 상기 방사패치의 크기를 조절함으로써 고주파 대역에 속하는 전 세계 주파수 대역(2.45GHz)의 조절이 가능하다. chair형 슬롯과 방사패치의 크기 조정에 따라 저주파 대역과 고주파 대역에서 원하는 주파수 대역으로의 조절을 통해, 이중대역에서 사용할 수 있는 Zigbee 시스템에 바람직한 안테나가 된다. 한편, 급전라인(411)을 통하여 신호가 인가되고 전기적인 신호는 방사패 치(410)를 통과하여 전자기파로 자유공간에 방사하게 된다. 그리고, 본 발명의 제 2실시예에 따른 안테나 역시 제 1실시예와 마찬가지로 접지면(412,413,430)은 CPWG(coplanar waveguide with ground) 형태로 구현되어 있는데, 급전라인(411)과 접지면(412,413)이 동일 평면상에서 전계를 형성하는 CPW(coplanar waveguide) 구현으로 보다 향상된 TEM mode를 이룰 수 있다는 것은 앞에서 상술한 바 있다. 상기 기판(401)은 FR4, TMM4, Teflon, Flexible 기판 등의 임의의 기판을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 3, the present invention is a dual band antenna having a chair-type slot for a Zigbee system, a power supply line 411 which is a path through which a radiation patch 410 radiates electromagnetic waves and a signal flows on an upper portion of a substrate 401. Ground planes (412, 413, 420) and a chair type formed on the radiation patch surface Slots 321, 322, and 323. Here, by adjusting the length of the slot 432 extending vertically in the chair-type slots (430, 431, 432) is characterized in that it is possible to adjust the European (868MHz) and the US frequency band (902 ~ 928MHz) belonging to the low frequency band. And, by adjusting the size of the radiation patch it is possible to adjust the global frequency band (2.45GHz) belonging to the high frequency band. By adjusting the size of the chair slot and the radiation patch, the low frequency band and the high frequency band can be adjusted to the desired frequency band, making it a desirable antenna for the Zigbee system that can be used in the dual band. On the other hand, a signal is applied through the feed line 411 and the electrical signal passes through the radiation patch 410 to radiate to the free space with electromagnetic waves. In addition, as in the first embodiment, the antennas according to the second embodiment of the present invention are implemented in the form of coplanar waveguide with ground (CPWG), in which the feed line 411 and the ground planes 412 and 413 are formed. As described above, the improved TEM mode can be achieved by implementing a coplanar waveguide (CPW) that forms an electric field on the same plane. The substrate 401 may be any substrate, such as FR4, TMM4, Teflon, Flexible substrate.

도 4는 도 3의 Zigbee 시스템용 이중대역 안테나에서 912MHz에서의 복사패턴을 나타낸 것이고, 도 5는 상기 안테나에서 2.45GHz에서의 복사패턴을 나타낸 것으로, 이를 통해 단방향성 및 높은 이득을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 4 shows a radiation pattern at 912 MHz in the dual band antenna for the Zigbee system of FIG. 3, and FIG. 5 shows a radiation pattern at 2.45 GHz in the antenna, whereby unidirectionality and high gain can be obtained. You can check it.

도 6은 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용의 이중대역 안테나의 제 3실시예를 나타내는 도면이다.6 is a view showing a third embodiment of a dual band antenna for a Zigbee system according to the present invention.

도 6에 나타나 있는 안테나 역시 chair형 슬롯이 형성된 이중대역 안테나로서, 방사패치(510)의 크기가 도 3의 안테나의 방사패치(410)의 2/3의 크기이다. 슬롯(520,521,522)의 모양은 chair형으로 변하지 않았으나, 그 길이는 약간 줄어든 형태로, 슬롯의 크기를 작게 함으로써 상기 이중대역 안테나의 크기는 줄이면서 수신 성능이나 주파수대역은 상기 슬롯을 조절함으로써 조정이 가능하여 디자인측면에서도 용이해진다. 역시, 본 발명의 제 3실시예에 따른 패치 안테나도 CPWG(coplanar waveguide with ground)형태를 사용하는데, 제 2실시예와 동일한 바 이에 대한 설명은 생략한다. 상기 기판(501)은 FR4, TMM4, Teflon, Flexible 기판 등의 임의의 기판을 사용할 수 있다.The antenna shown in FIG. 6 is also a dual band antenna having a chair slot, and the size of the radiation patch 510 is two-thirds the size of the radiation patch 410 of the antenna of FIG. 3. The shape of the slots 520, 521, and 522 has not changed to a chair shape, but its length is slightly reduced. By reducing the size of the slots, the size of the dual band antenna can be reduced while the reception performance or frequency band can be adjusted by adjusting the slots. This facilitates the design side. In addition, the patch antenna according to the third embodiment of the present invention also uses a coplanar waveguide with ground (CPWG) form, which is the same as the second embodiment and a description thereof will be omitted. The substrate 501 may be any substrate, such as FR4, TMM4, Teflon, Flexible substrate.

다음으로, 본 발명의 제 1실시예 내지 제 3실시예의 패치 안테나와 상기 패치 안테나에 수신된 신호를 엔진에서 처리 가능한 신호 레벨 수준으로 증폭시키는 역할을 하는 1단 이상의 저잡음 증폭기를 포함하는 회로단을 상기 패치 안테나의 기판과 동일재질의 인쇄회로기판에 부착하여 하나의 안테나모듈을 형성할 수도 있다. 이러한 경우, Zigbee 시스템 구조물 내 수신안테나가 차지하는 면적을 줄일 수 있어, 안테나의 소형화 및 Zigbee 시스템 구조물의 소형화에도 기여할 수 있다.Next, a circuit stage including a patch antenna of the first to third embodiments of the present invention and at least one low noise amplifier which amplifies a signal received by the patch antenna to a signal level that can be processed by an engine. One antenna module may be formed by attaching to a printed circuit board having the same material as that of the patch antenna. In this case, the area occupied by the reception antenna in the Zigbee system structure can be reduced, which can contribute to the miniaturization of the antenna and the miniaturization of the Zigbee system structure.

본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치 안테나의 여러 실시예들은 Zigbee 시스템 뿐만 아니라, 홈 오토메이션, 전등제어, 홈 보안 시스템, VCR 등에 적용될 수 있으며, PDA와 같은 이동용 장치 등에도 활용될 수 있다.Various embodiments of the dual band patch antenna for the Zigbee system according to the present invention can be applied not only to the Zigbee system, but also to home automation, light control, home security system, VCR, and the like, and can be used for mobile devices such as PDAs.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and the present invention is not usually limited to the scope of the present invention as claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such modifications are within the scope of the claims.

본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 패치 안테나는 일반적인 정방형/비정방형 패치 안테나 형태에 F형 슬롯, chair형 슬롯을 형성하여 시스템 내장용으로 적합한 소형화 안테나를 만족하면서도 상기 슬롯의 길이 및 방사패치의 크기를 조정함으로써 저주파 대역과 고주파 대역의 주파수를 조절할 수 있는 방법을 제공하므로 이중대역 안테나의 사용의 편의성을 만족시킬 수 있고, 생산단가를 낮추는 효과를 갖는다. 그리고, CPWG(coplanar waveguide with ground)구조의 급전라인은 종래의 안테나보다 완전한 TEM모드를 구현할 수 있다.The dual band patch antenna for the Zigbee system according to the present invention forms a F-shaped slot and a chair-shaped slot in a general square / non-square patch antenna shape, while satisfying a miniaturized antenna suitable for incorporation of the system, while the slot length and the size of the radiation patch are satisfied. It provides a method to adjust the frequency of the low frequency band and high frequency band by adjusting the can satisfies the ease of use of the dual band antenna, and has the effect of lowering the production cost. In addition, a power supply line having a coplanar waveguide with ground (CPWG) structure may implement a more complete TEM mode than a conventional antenna.

또한, 본 발명에 따른 안테나 구조는 Zigbee 시스템 구조물의 크기를 줄일 수 있으며, 그 구조가 간단하고 패치형이므로 안테나의 기판과 동일한 기판상에 안테나 및 부가적인 회로를 구현하는 일체형 안테나모듈 역시 안테나의 수신 성능은 유지하면서 소형화에 따라 시스템 구조물 내부에 위치시킴으로서 디자인상의 문제점을 해결할 수 있다. 그 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 Zigbee 시스템용 이중대역 안테나의 여러 실시예들은 Zigbee 시스템 뿐만 아니라, 홈 오토메이션, 전등제어, 홈 보안 시스템, VCR 등에 적용될 수 있으며, PDA와 같은 이동용 장치 등에도 다양하게 활용될 수 있다.In addition, the antenna structure according to the present invention can reduce the size of the Zigbee system structure, and since the structure is simple and patch-type, the integrated antenna module that implements the antenna and additional circuits on the same substrate as the antenna substrate also has the reception performance of the antenna. Design problem can be solved by positioning inside the system structure as it is miniaturized while maintaining the In addition, various embodiments of the dual-band antenna for the Zigbee system according to the present invention can be applied not only to the Zigbee system, but also to home automation, light control, home security systems, VCRs, and the like. Can be.

Claims

In the square microstrip patch antenna which vertically crosses the feed line to the center of the slot,

A radiation patch surface attached to one side of the slot to radiate electromagnetic waves generated by magnetic current into free space;

An F-shaped slot centrally located on the radiation patch surface;

A feed line having a coplanar waveguide with ground (CPWG) structure connected to the front substrate on the radiation patch surface to transmit a signal; And

A dual band patch antenna for a Zigbee system, characterized in that it comprises a rectangular slot smaller than the F-shaped slot located on the left side of the feed line.

The method of claim 1,

The dual band patch antenna for the Zigbee system, characterized in that to adjust the low frequency band (868 ~ 928MHz) by adjusting the length of the long slot on the upper portion of the F-shaped slot.

The method of claim 1,

A dual band patch antenna for a Zigbee system, characterized in that to adjust the global frequency band (2.45GHz) by adjusting the length of the square slot.

The method of claim 1,

Dual band patch antenna for the Zigbee system, characterized in that to adjust the size of the radiation patch to adjust the global frequency band (2.45GHz).

In the square microstrip patch antenna which vertically traverses the feed line to the center of the slot,

A chair slot located at the center of the radiation patch surface; And

A dual band patch antenna for a Zigbee system, characterized in that it comprises a feed line of CPWG (coplanar waveguide with ground) structure that is connected to the front substrate in the radiation patch surface to transmit a signal.

The method of claim 5,

A dual band patch antenna for a Zigbee system, characterized in that to adjust the low frequency band (868 ~ 928MHz) by adjusting the length of the upper long slot formed in the longitudinal direction of the chair slot.

The method of claim 5,

A radiation patch surface attached to one side of the slot and radiating electromagnetic waves generated by a magnetic current occupying an area of about 2/3 of the substrate to free space;

A chair-type slot positioned on one side of the radiation patch surface; And

The method of claim 8,

The method according to any one of claims 1, 5 and 8,

The substrate is a dual band patch antenna for a Zigbee system, characterized in that using one of the FR4, TMM4, Teflon and Flexible substrate.