KR100449857B1 - 광대역 인쇄형 다이폴 안테나 - Google Patents

광대역 인쇄형 다이폴 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 인쇄형 다이폴 안테나에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신하기 위하여, 유전체 기판의 상면에 위치하며 급전 수단을 구비하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는, 인쇄형 다이폴의 폭(W)과 길이(L)의 비(W/L)가 실질적으로 0.9보다 크거나 같고, 1.1보다 작거나 같은 비율 중 어느 하나를 가지며, 상기 인쇄형 다이폴 사이의 간격(G)은 실질적으로 0.1L인 것을 특징으로 하며, 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신하고, 단일 방향의 방사 패턴 및 높은 안테나 이득을 위한 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는, 유전체 기판의 일면에 배치되는 인쇄형 다이폴; 상기 인쇄형 다이폴의 후면에 배치되며, 단일 방향의 방사 패턴을 형성하기 위하여 접지와 연결된 반사 수단; 및 상기 인쇄형 다이폴과 상기 방사 수단 사이에 수직적으로 배치되며, 평형 전류를 상기 인쇄형 다이폴에 급전하기 위한 발룬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광대역 인쇄형 다이폴 안테나{Wideband Printed Dipole Antenna}
본 발명은 광대역 인쇄형 다이폴 안테나에 관한 것으로서, 특히 이동 통신 및 무선 통신 시스템에서 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신할 수 있는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나에 관한 것이다.
이동 통신 및 무선 통신의 발달과 더불어 멀티미디어 통신, SDR(SoftwareDefined Radio), UWB(Ultra Wideband) 통신 등에서 사용될 수 있는 매우 넓은 대역폭을 가지는 안테나에 대한 요구가 증대되고 있다. 상기와 같은 광대역 안테나는 PCS(Personal Communication Service), IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000), 블루투스(Bluetooth) 등과 같은 여러 무선 서비스를 하나의 안테나로 커버할 수 있기 때문에, 비용과 공간 효율면에서도 장점을 가진다고 할 수 있다.
이동 통신 및 무선 통신에서 사용되는 여러 안테나 중에서, 인쇄형 안테나는 가볍고 저렴하며, 대량 생산이 가능하고 다른 고주파 회로와의 집적이 용이한 특성을 가진다. 특히, 인쇄형 다이폴 안테나는 마이크로스트립 안테나보다 훨씬 더 넓은 대역폭을 제공하고, 표면파(surface wave)의 여기가 적으며, 급전 선로로부터의 불요 방사(spurious radiation) 또한 적은 특성이 있다.
이러한 인쇄형 다이폴 안테나의 급전은 주로 유전체 기판의 한 면에 다이폴과 함께 동일 평면 스트립(Coplanar Strip; 이하 'CPS'라 한다)으로 급전하거나, 유전체 기판의 양면에 다이폴과 스트립을 포개서 위치시키는 방식이 주로 사용된다. 그러나, 상기와 같은 인쇄형 다이폴 안테나의 대역폭은 일반적으로 15 ~ 20 % 정도로써, 여러 이동 통신 및 무선 통신 서비스를 제공하기에는 그 대역폭이 매우 협소하다는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 인쇄형 다이폴 안테나의 대역폭을 증가시키기 위한 종래의 기술로서, [논문 1 : M. C. Bailey, "Broad-Band Half-Wave Dipole",IEEE Transactions on Antennas and Propagation, AP-32, No. 4, pp.410- 412, Apr. 1984.], [논문 2 : E. Levine, S. Shtrikman, and D. Treves, "Double-sided printed arrays with large bandwidth,"IEE Proc. Pt. H, Vol. 135, No. 1, pp.54 - 59, Feb. 1988.] 및 [논문 3 : Jeong Il Kim, Byung Moo Lee, Young Joong Yoon, "Wideband Printed Dipole Antenna for Multiple Wireless Services,"RAWCON(Radio and Wireless Conference) 2001, Vol. 1, pp.153 - 156, Aug. 2001.]에 각각 제시되어 있다.
여기서, 각 논문에 제시된 인쇄형 다이폴 안테나의 특징을 살펴보면 다음과 같다.
상기 [논문 1]은 인쇄형 다이폴의 대역폭을 증가시키기 위하여 다이폴 암(arm)의 형태를 보우타이(bowtie) 안테나와 같은 삼각형 형태로 변형시켰으며, 한쪽 암(arm)이 다른 쪽 암(arm)보다 조금 짧은 구조를 가지고 있다. 그러나, 상기 [논문 1]에 의한 인쇄형 다이폴 안테나 역시 대역폭을 37% 정도까지밖에 얻지 못하는 문제점이 있다.
상기 [논문 2]에 제시된 인쇄형 다이폴 안테나는 접지용 도체판과 방사판 사이에 스페이서(spacer)를 포함하며, 다이폴에 급전을 하기 위하여 다이폴과 연결된 트윈-라인(twine-lines)이 기판의 양면에 위치하는 구조를 가지고 있다. 그러나, 상기 [논문 2]에 제시된 인쇄형 다이폴 안테나 역시, 그 대역폭이 25% 정도에 그치는 한계가 있다.
또한, 상기 [논문 3]은 최대의 대역폭을 얻을 수 있도록 하기 위하여 광대역 설계 지침을 제시하고 있으며, 단일 방향의 방사 패턴을 형성하기 위해 방사 소자후면에 반사판을 두고 있고, 50Ω 동축 선로로부터 직접 다이폴의 각 암(arm)에 급전하는 구조를 형성하고 있다. 상기 [논문 3]에 의하면 VSWR ≤ 2인 경우에 대역폭이 82%인 광대역 다이폴 안테나를 설계할 수 있으나, 불평형 선로인 동축 선로를 직접 다이폴에 연결하게 되므로 동축 선로 외부 도체에 표면 전류가 흐르게 되므로, 상기 전류가 반사판의 영향과 함께 부가적인 공진을 형성하게 되고, 불필요한 방사를 형성하게 되어 안테나의 특성을 저하시키게 되는 심각한 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 다이폴 안테나의 광대역 설계 지침을 제시함으로써, 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신할 수 있도록 하기 위한 광대역 인쇄형 다이폴 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광대역 설계 지침을 따른 다이폴 안테나에 급전을 위한 발룬을 결합함으로써, 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신할 수 있도록 하며, 단일 방향의 방사 패턴과 높은 안테나 이득을 달성하기 위한 광대역 인쇄형 다이폴 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 제 1실시예 사시도,
도 2는 상기 도 1의 안테나의 반사 손실을 나타내는 일실시예 그래프,
도 3a는 본 발명에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 제 2실시예 사시도,
도 3b는 상기 도 3a의 평면도,
도 3c는 상기 도 3a의 측면도,
도 4는 본 발명에 적용되는 λ/4 동축 선로 발룬의 구조도,
도 5a는 상기 도 3의 안테나의 E 평면 방사 패턴을 나타내는 일실시예 다이어그램,
도 5b는 상기 도 3의 안테나의 H 평면 방사 패턴을 나타내는 일실시예 다이어그램,
도 6은 상기 도 3의 안테나의 보어사이트(boresight) 방향 안테나 이득을 나타내는 일실시예 그래프,
도 7a는 본 발명에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 제 3실시예 평면도,
도 7b는 상기 도 7a의 측면도,
도 7c는 상기 도 7a의 사시도,
도 8a는 본 발명에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 제 4실시예 평면도,
도 8b는 도 8a의 측면도,
도 8c는 도 8a의 전면도,
도 8d는 도 8a의 사시도,
도 9는 본 발명의 여러 실시예에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 반사 손실을 나타내는 일실시예 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 인쇄형 다이폴 110 : 유전체 기판
120 : 급전 수단 310 : 반사판
320, 330 : λ/4 동축 선로 발룬 710, 720 : CPS 발룬
810, 820, 830 : 테이퍼형 발룬
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신하기 위하여, 유전체 기판의 상면에 위치하며 급전 수단을 구비하는 광대역 인쇄형다이폴 안테나에 있어서, 인쇄형 다이폴의 폭(W)과 길이(L)의 비(W/L)가 실질적으로 0.9보다 크거나 같고, 1.1보다 작거나 같은 비율 중 어느 하나를 가지며, 상기 인쇄형 다이폴 사이의 간격(G)은 실질적으로 0.1L인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신하고, 단일 방향의 방사 패턴 및 높은 안테나 이득을 위한 광대역 인쇄형 다이폴 안테나에 있어서, 유전체 기판의 일면에 배치되는 인쇄형 다이폴; 상기 인쇄형 다이폴의 후면에 배치되며, 단일 방향의 방사 패턴을 형성하기 위하여 접지와 연결된 반사 수단; 및 상기 인쇄형 다이폴과 상기 방사 수단 사이에 수직적으로 배치되며, 평형 전류를 상기 인쇄형 다이폴에 급전하기 위한 발룬을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 제 1실시예 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는, 사각형 형태의 인쇄형 다이폴(100)이 유전체 기판(110) 위에 포토 에칭 기법으로 형성되어 있고, 상기 인쇄형 다이폴(100)의 암(arm) 사이의 중앙에서 급전(120)이 이루어진다.
일반적으로, 원통형 다이폴(cylindrical dipole)의 대역폭을 증가시키기 위해서는 다이폴의 두께를 증가시키는 방법이 사용될 수 있는데, 이럴 경우 안테나의무게와 비용이 증가하는 문제점이 있다. 그 대안으로 가볍고 저렴한 인쇄형 다이폴을 고려할 수 있는데, 원통형 다이폴과 유사하게 광대역 특성을 얻기 위해 인쇄형 다이폴의 폭을 증가시키는 방법을 생각할 수 있다.
그러나, 폭이 계속 증가한다고 해서 대역폭이 지속적으로 증가하는 것이 아니므로, 우수한 정합 상태에서 최대의 대역폭을 얻기 위하여 상기 인쇄형 다이폴(100)의 암의 폭(W)과 길이(L)의 비와, 상기 인쇄형 다이폴(100)의 암 사이의 간격(G)이 정해져야 한다.
본 발명에서는, W/L의 값으로 0.9 ~ 1.1, 즉 근사적으로 1을 제시하며, G는 근사적으로 0.1L을 제시한다. 그리고, 상기와 같은 경우에 동작 주파수 대역은 하기 수학식과 같이 결정될 수 있다.
이때, λo는 대역폭을 형성하는 주파수 대역의 중심 주파수에서의 파장이다.
상기 다이폴의 각 암의 폭과 길이의 비(W/L)를 다르게 할 경우, 즉 예를 들어 W/L = 0.8의 경우에는, 정합 정도는 떨어지지만 좀 더 넓은 대역폭을 얻을 수 있도록 할 수 있는데(반사손실 기준이 15dB에서 10dB로 낮추어져 더 넓은 대역폭을 가짐), 이것은 파노(Fano)의 이득-대역폭 정리를 따르는 것이다. 그러나, 점점 더 강화되고 있는 대역폭을 결정하는 정합 정도에 따르는 광대역 안테나를 설계하기위해서는 본 발명이 제시하는 설계 기준이 적합하다고 할 수 있다.
도 2는 상기 도 1의 안테나의 반사 손실을 나타내는 일실시예 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는, W/L = 1인 경우에는, VSWR ≤ 2와 VSWR ≤ 1.5를 기준으로 각각 70%와 52%의 대역폭을 가지며, W/L = 0.8인 경우에는, VSWR ≤ 2와 VSWR ≤ 1.5를 기준으로 각각 80%와 27%의 대역폭을 가진다.
도 3a는 본 발명에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 제 2실시예 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는, 반사판(310) 및 λ/4(λ는 자유 공간에서의 파장임) 동축 선로 발룬(320, 330)을 포함하고 있다.
상기 도 1에서 설명한 바와 같은 설계를 따르는 상기 인쇄형 다이폴(100)의 후면에 접지와 연결된 금속으로 이루어진 상기 반사판(310)이 위치해 있고, 상기 인쇄형 다이폴(100)과 상기 반사판(310) 사이에 평형 전류를 급전하기 위한 상기 λ/4 동축 선로 발룬(balun: balance to unbalance transformer; 320, 330)이 위치하여 있다. 이 때, 상기 인쇄형 다이폴(100)은 상기 반사판(310) 방향으로 위치해 있으므로 상기 유전체 기판(110)의 저면에 위치한다.
도 3b는 상기 도 3a의 평면도이며, 도 3c는 상기 도 3a의 측면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 상기 λ/4 동축 선로 발룬(320, 330)은 λ/4 동축 선로(coaxial cable, 320) 및 이와 같은 두께의 금속봉(330)을 포함하고 있는데, 상기 동축 선로(320)의 외부 도체와 상기 금속봉(330)이 각각 상기 인쇄형 다이폴(100)의 각 암과 하나씩 연결되고, 상기 반사판(310)에는 동시에 연결되어 있다.
상기 동축 선로(320)의 내심(340)은 상기 유전체 기판(110)을 통과하여 다시 상기 금속봉(330)에 연결된다. 이것은 도 4에 도시한 일반적인 1:1 λ/4 동축 선로 발룬의 동작 원리와 같다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명에 적용되는 λ/4 동축 선로 발룬의 동작 원리를 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 적용되는 λ/4 동축 선로 발룬의 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 다이폴 암(410)과 연결된(A) 부가적인 λ/4 길이의 금속봉(430)이 동축 선로(420)의 외부 도체와 연결(B)되어, 상기 다이폴의 입력 임피던스에는 영향을 주지 않으면서 동축 선로 외부 도체로 흐르는 누설 전류를 차단한다.
이러한 형태의 발룬이 결합되지 않고 동축 선로 하나만으로 급전을 한다면, 동축 선로의 외부도체로 누설 전류가 흘러서 방사 패턴의 왜곡을 가져오고, 또한, 다이폴과 반사판간의 길이에 따라 특정 공진 주파수에서 공진 현상도 나타나게 된다.
다시 도 3c에서, 상기 인쇄형 다이폴(100)과 상기 반사판(310)간의 거리(d)는 대역폭과 방사 패턴에 동시에 영향을 미치는데, 상기 거리(d)가 클수록 대역폭은 증가하게 된다. 그러나, 거리(d)가 λ/4가 되어야 보어사이트(boresight) 방향으로 보강 간섭을 일으켜 안테나 이득이 최대가 되기 때문에, 사용하고자 하는 주파수 대역을 고려해 거리(d)를 선택해야 한다.
특히, 본 발명에서와 같이 대역폭이 매우 넓은 안테나의 경우 대역폭 내의 주파수에서, 같은 물리적인 길이(d)에 대해 λ/4와 λ/2의 전기적인 길이를 모두 가질 수 있는데, 이 경우 도 5a와 도 5b의 3.5GHz(λ/2)의 방사 패턴에서처럼, 보어사이트(boresight) 방향으로 널(null)이 발생하게 된다.
또한, 도 6과 같이 거리(d)가 λ/2가 되는 주파수에서는 방사 패턴의 널(null) 때문에 보어사이트(boresight) 방향에서의 안테나 이득이 최소가 될 수 있다.
도 5a는 상기 도 3의 안테나의 E 평면 방사 패턴을 나타내는 일실시예 다이어그램이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 E 평면 방사 패턴은, 물리적인 길이(d)에 대하여, 1.75GHz에서는 λ/4의 전기적인 길이를 형성하여 보어사이트(boresight) 방향으로 보강 간섭을 일으키지만, 3.5GHz에서는 λ/2의 전기적인 길이를 형성하여 보어사이트(boresight) 방향으로 상쇄 간섭을 발생, 널(null)을 형성시킨다.
이것은 반사판을 가지는 매우 넓은 대역폭의 안테나에서는 항상 나타나는 현상인데, 후면 공동 스파이럴 안테나(cavity-backed spiral antenna)의 경우처럼, 방사 소자와 반사판 사이에 전파 흡수체를 위치시켜 이런 문제를 해결할 수 있다. 하지만 이 경우 안테나 이득은 감소하게 된다.
도 5b는 상기 도 3의 안테나의 H 평면 방사 패턴을 나타내는 일실시예 다이어그램이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 H 평면 방사 패턴은, 상기 도 5a에 도시된 E 평면 방사패턴과 동일한 현상이 발생한다.
도 6은 상기 도 3의 안테나의 보어사이트(boresight) 방향 안테나 이득을 나타내는 일실시예 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 보어사이트 방향 안테나 이득은, 단일 방향 방사 패턴을 가지기 때문에 반사판을 가지지 않은 경우보다 이득이 약 2배정도 증가하게 된다.
그러나, 주파수 변화에 따른 물리적인 길이(d)의 전기적인 길이 변화에 의해 보어사이트(boresight) 방향의 안테나 이득의 변화를 가져옴을 알 수 있다.
도 7a는 본 발명에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 제 3실시예 평면도이며, 도 7b는 상기 도 7a의 측면도이며, 도 7c는 상기 도 7a의 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는, 반사판(310) 및 CPS 발룬(710, 720)을 포함하고 있다.
상기 도 1에서 설명한 바와 같은 설계를 따르는 상기 인쇄형 다이폴(100)의 후면에 접지와 연결된 금속으로 이루어진 상기 반사판(310)이 위치해 있고, 상기 인쇄형 다이폴(100)과 상기 반사판(310) 사이에 평형 전류를 급전하기 위한 CPS 급전 선로(720)가 위치해 있다.
이 때, 상기 인쇄형 다이폴(100)은 상기 CPS 발룬(710, 720)과 분리하기 위하여 상기 유전체 기판(110)의 상면에 위치하고, 상기 인쇄형 다이폴(100)과 상기 CPS 급전 선로(720)를 연결하기 위한 금속핀(730)이 상기 유전체 기판(110)을 통과하게 된다.
또한, 상기 CPS 급전 선로(720)의 한쪽은 상기 반사판(310)과 연결되고, 다른 한 쪽은 금속판에 구멍(C)을 뚫어 분리되도록 한다.
상기 CPS 발룬(710, 720)은 상기 도 7c와 같이 유전체판(710) 위에 포토 에칭으로 형성된 상기 CPS 급전 선로(720)로 구성되는데, 평형 선로(balanced line)의 특징을 나타낸다.
상기 유전체 기판(110)과 상기 반사판(310) 사이의 거리(d)는 상기 도 3의 제 2실시예의 경우와 동일하도록 선택되고, 유사한 동작 원리와 성능을 나타낸다.
도 8a는 본 발명에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 제 4실시예 평면도이며, 도 8b는 도 8a의 측면도이고, 도 8c는 도 8a의 전면도이며, 또한, 도 8d는 도 8a의 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는, 반사판(310)과 테이퍼형 발룬(tapered balun; 810, 820, 830)을 포함하고 있다.
상기 도 1에서 설명한 바와 같은 설계를 따르는 상기 인쇄형 다이폴(100)의 후면에 접지와 연결된 금속으로 이루어진 반사판(310)이 위치해 있고, 상기 인쇄형 다이폴(100)과 상기 반사판(310) 사이에 평형 전류를 급전하기 위한 테이퍼형 발룬(810, 820, 830)이 위치해 있다.
이 때, 상기 인쇄형 다이폴(100)은 상기 테이퍼형 발룬(810, 820, 830)과 직접 연결되기 위해 상기 유전체 기판(110)의 저면에 위치한다. 또한, 상기 테이퍼형 발룬(810, 820, 830)의 접지 역할을 하는 테이퍼 스트립 선로(830)는 상기 반사판(310)과 연결이 되고, 직선 스트립 선로(820)는 금속판에 구멍(D)을 뚫어 분리되도록 한다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 테이퍼형 발룬(810, 820, 830)은 유전체판(810)의 양쪽면에 포토 에칭으로 형성된 상기 직선 스트립 선로(820)와 상기 테이퍼 스트립 선로(830)를 포함하는데, 불평형 선로(unbalanced line)인 마이크로스트립 선로 부분(상기 반사판(310)쪽)으로부터 평형선로(balanced line)인 평행 스트립 부분(상기 인쇄형 다이폴(100) 쪽에 위치한 두 선로의 폭이 같은 부분)으로 광대역 특성을 나타내면서 변화하도록 구성되어 있다.
상기 유전체 기판(110)과 상기 반사판(310) 사이의 거리(d)는 상기 도 3의 제 2실시예의 경우와 동일하도록 선택되고, 유사한 동작 원리와 성능을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 여러 실시예에 따른 광대역 인쇄형 다이폴 안테나의 반사 손실을 나타내는 일실시예 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 λ/4 동축 선로 발룬, CPS 발룬, 테이퍼형 발룬을 포함하는 안테나들은 VSWR ≤ 2를 기준으로 각각 93%, 80%, 73%의 대역폭을 가진다.
상기와 같은 본 발명은, 광대역 특성을 갖는 설계값의 다이폴 방사소자를 유전체 기판의 한 면에 포토 에칭 기법으로 형성시키고, 평형 전류를 다이폴 암(arm)사이의 중앙에 급전할 수 있도록 발룬을 다이폴과 반사판 사이에 수직으로 배치하며, 다이폴 후면에 적당한 거리를 두고 반사판을 위치시킴으로써, 단일 방향의 방사 패턴을 형성할 수 있으며, 안테나 이득을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 인쇄형 다이폴 안테나에 발룬을 결합함으로써, 비슷한 장점을 가지는 마이크로스트립 안테나보다 훨씬 더 넓은 대역폭을 제공하고, 표면파(surface wave)의 여기가 적으며, 급전 선로로부터의 불요 방사(spurious radiation)를 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 인쇄형 다이폴 안테나를 하드웨어적으로 설계함에 있어, 무게가 가볍고 제조 과정이 단순하며 제작비가 싼 효과가 있다.
또한, 본 발명은 하나의 안테나로 여러 무선 서비스를 제공하고자 하는 시스템에 사용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신하기 위하여, 유전체 기판의 상면에 위치하며 급전 수단을 구비하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나에 있어서,
    상기 인쇄형 다이폴의 각 암의 폭(W)과 길이(L)의 비(W/L)가 실질적으로 0.9보다 크거나 같고, 1.1보다 작거나 같은 비율 중 어느 하나를 가지며, 상기 인쇄형 다이폴 암 사이의 간격(G)은 실질적으로 0.1L인 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는 하기 수학식에 의해 그 동작 주파수 대역이 결정되는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
    (이때, L은 상기 인쇄형 다이폴 암의 길이이며, G는 상기 인쇄형 다이폴 암 사이의 간격이며, 또한, λo는 대역폭을 형성하는 주파수 대역의 중심 주파수에서의 파장임)
  3. 전자기 신호를 광대역에 걸쳐 송수신하고, 단일 방향의 방사 패턴 및 높은 안테나 이득을 위한 광대역 인쇄형 다이폴 안테나에 있어서,
    유전체 기판의 일면에 배치되는 인쇄형 다이폴;
    상기 유전체 기판과 소정의 거리를 두고 배치되며, 단일 방향의 방사 패턴을 형성하기 위하여 접지와 연결된 반사 수단; 및
    상기 인쇄형 다이폴과 상기 반사 수단 사이에 배치되며, 평형 전류를 상기 인쇄형 다이폴에 급전하기 위한 발룬
    을 포함하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유전체 기판과 상기 반사 수단 사이의 공간을 차지하도록 배치되며, 주파수가 증가함에 따라 보어사이트 방향에서 발생하는 방사 패턴의 널(null)을 제거하고, 안테나 이득이 감소하는 것을 막기 위한 전파 흡수체를 더 포함하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 인쇄형 다이폴은,
    각 암의 폭(W)과 길이(L)의 비(W/L)가 실질적으로 0.9보다 크거나 같고 1.1보다 작은 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 인쇄형 다이폴은,
    각 암 사이의 간격(G)이 실질적으로 각 암의 길이의 0.1배(0.1L)인 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 광대역 인쇄형 다이폴 안테나는 하기 수학식에 의해 그 동작 주파수 대역이 결정되는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
    (이때, L은 상기 인쇄형 다이폴 암의 길이이며, G는 상기 인쇄형 다이폴 암 사이의 간격이며, 또한, λo는 대역폭을 형성하는 주파수 대역의 중심 주파수에서의 파장임)
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 유전체 기판과 상기 반사 수단 사이의 거리는,
    λ/4 (λ는 대역폭을 형성하는 주파수 대역의 중심 주파수에서의 파장임)인 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 발룬은,
    λ/4 (λ는 대역폭을 형성하는 주파수 대역의 중심 주파수에서의 파장임) 동축 선로 발룬인 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  10. 제 3항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 인쇄형 다이폴은,
    상기 유전체 기판의 저면에 위치하는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 λ/4 동축 선로 발룬은,
    상기 인쇄형 다이폴의 암 중 어느 하나와 상기 반사 수단을 연결하도록 배치되며, 상기 인쇄형 다이폴에 평형 전류를 급전하기 위한 중공관 형태로서, 내심을 가지는 λ/4 길이의 동축 선로; 및
    상기 인쇄형 다이폴의 암 중 다른 하나와 상기 반사 수단을 연결하도록 배치되며, 상기 동축 선로의 외부 도체에 흐르는 누설 전류를 차단하기 위한 금속봉
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 동축 선로의 내심은,
    상기 유전체 기판을 통과하여 상기 금속봉에 연결되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  13. 제 3항에 있어서,
    상기 발룬은,
    동일 평면 스트립(CPS) 발룬인 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  14. 제 3항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 인쇄형 다이폴은,
    상기 유전체 기판의 상면에 위치하는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 CPS 발룬은,
    상기 인쇄형 다이폴을 급전하는 금속핀과. 유전체판의 일면에 포토 에칭으로 형성된 CPS 급전 선로를 포함하며, 상기 CPS 급전 선로 중 어느 하나의 급전 선로와 접촉되는 반사 수단의 부위가 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 금속핀은,
    상기 인쇄형 다이폴과 상기 CPS 급전 선로를 연결하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  17. 제 3항에 있어서,
    상기 발룬은,
    테이퍼형 발룬인 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  18. 제 3항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 인쇄형 다이폴은,
    상기 유전체 기판의 저면에 위치하는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 테이퍼형 발룬은,
    유전체판의 일면에 포토 에칭으로 형성된 직선 스트립 선로와, 상기 유전체판의 타면에 포토 에칭으로 형성된 테이퍼 스트립 선로를 포함하여, 상기 직선 스트립 선로와 접촉되는 상기 반사 수단의 부위가 제거되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광대역 인쇄형 다이폴 안테나.
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