KR100951157B1

KR100951157B1 - High Efficiency Wide Band-Width/2 Frequency Patch Antenna

Info

Publication number: KR100951157B1
Application number: KR1020080006880A
Authority: KR
Inventors: 박정숙; 신천우
Original assignee: 박정숙
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2010-04-06
Also published as: KR20080014111A

Abstract

본 발명은 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나에 관한 것으로, 유전체기판 위에 패치 안테나를 서로 다른 주파수에 공진되게 가로/세로 길이를 다르게 에칭 하여 특정한 2개의 주파수에 공진하는 안테나를 형성하고, 급전점은 가로/세로 패치의 사선으로 잡고, 유전체기판 밑에는 일정 간격의 공기층을 가지고 선로용 유전체기판을 두어 포트에서 인입되는 신호를 라디에이터에 분배하여 급전하는 분배/급전 선로로 구성한다. 이로써 가로/세로 길이가 다른 하나의 패치에 의하여 2개의 주파수에 공진하는 안테나 특성을 얻을 수 있으며 공진대역도 기존의 방식에 비해 2배로 넓은 특성을 얻을 수 있게 된다. 또한, 공진주파수를 2개 얻을 수 있고 전계발산 효과를 극대화할 수가 있으며, 공기층의 유전율이 낮은 관계로 유전손실을 최소화하여 안테나의 효율을 높일 수가 있다. 본 발명으로 유전체기판 위에 형성하는 라디에이터의 수를 복수 개로 구현함으로 인해 게인을 증가시키고 빔각을 좁게 할 수가 있어 광대역/2주파수 고효율 하이게인 지향성 안테나를 구현할 수가 있게 된다. 또한, 유전체기판과 라디에이터의 면적을 조절함으로 인해 안테나의 방사패턴을 조절하여, 초저백로브 및 사이드로브 안테나를 구현할 수가 있어, 고효율 광대역 중계기 및 기지국용의 안테나로 사용될 수가 있다. The present invention relates to a high-efficiency broadband / 2 frequency patch antenna, wherein a patch antenna is etched differently in a horizontal / vertical length to be resonated at different frequencies on a dielectric substrate to form an antenna that resonates at two specific frequencies, and the feed point is horizontal It is composed of distribution / feeding line that feeds by feeding the signal coming in from the port to the radiator by placing the line dielectric board with the air gap of a certain interval under the dielectric board. As a result, an antenna characteristic of resonating at two frequencies may be obtained by one patch having a different width and length, and a resonance band may also be twice as wide as a conventional method. In addition, it is possible to obtain two resonance frequencies, to maximize the field divergence effect, and to increase the efficiency of the antenna by minimizing the dielectric loss due to the low dielectric constant of the air layer. According to the present invention, since the number of radiators formed on the dielectric substrate is implemented in plural numbers, the gain can be increased and the beam angle can be narrowed, thereby implementing a broadband / 2 frequency high efficiency high gain directional antenna. In addition, by controlling the radiation pattern of the antenna by adjusting the area of the dielectric substrate and the radiator, it is possible to implement an ultra-low back lobe and side lobe antenna, it can be used as an antenna for a high efficiency broadband repeater and base station.

고효율 패치 안테나, 광대역, 2주파수, 초저백로브, 하이게인 지향성 안테나, 공기층 High-Efficiency Patch Antenna, Wideband, Two-Frequency, Ultra-Low Backlobe, High Gain Directional Antenna, Air Layer

Description

고효율 광대역/2주파수 패치 안테나{High Efficiency Wide Band-Width/2 Frequency Patch Antenna}High Efficiency Wide Band-Width / 2 Frequency Patch Antenna

본 발명은 휴대폰의 중계기용 안테나 및 기지국용 안테나에 적용하여 기지국의 송신기를 소형화하고, 무선랜 등의 기지국용 안테나로 사용하기 위한 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나에 관한 발명이다. The present invention relates to a high efficiency broadband / 2 frequency patch antenna for miniaturizing a transmitter of a base station by applying to a repeater antenna and a base station antenna of a mobile phone and to use it as a base station antenna such as a wireless LAN.

종래의 패치 안테나는 유전체기판 위에 에칭 등의 기법으로 안테나 주파수에 비례하는 라디에이터를 동박으로 형성하여 라디에이터에 신호를 급전하며, 유전체기판을 통하여 전계를 방사하는 형태로 구성되어 있다. 전계의 방사가 유전체기판의 기판 밑의 그라운드판과 유전체기판 위에 존재하는 라디에이터 사이에서 일어나, 전계 및 자계의 방사가 유전체기판에서 발생함으로 인해 유전체기판의 유전율 및 유전손실이 전계 및 자계의 방사에 크게 영향을 주는 결과를 낳았다. 또한, 유전체기판 위에 에칭된 패치의 크기가 공진주파수에 비례하는 관계로 패턴 인쇄한 패치의 크기에 따라 공진주파수 및 대역이 정해져 광대역 특성을 얻기가 어려웠다. Conventional patch antenna is formed on the dielectric substrate by a technique such as etching to form a radiator in proportion to the antenna frequency of copper foil to feed the signal to the radiator, it is configured to emit an electric field through the dielectric substrate. The radiation of the electric field occurs between the ground plate underneath the substrate of the dielectric substrate and the radiator present on the dielectric substrate, so that the dielectric and dielectric losses of the dielectric substrate are greatly affected by the radiation of the electric field and magnetic field due to the radiation of the electric field and the magnetic field occurring at the dielectric substrate. It has had an effect. In addition, since the size of the patch etched on the dielectric substrate is proportional to the resonance frequency, the resonance frequency and the band are determined according to the size of the pattern-printed patch, making it difficult to obtain broadband characteristics.

현재 패치 안테나에 주로 사용되는 재료로는 에폭시 소재의 FR-4 기판 및 테프론과 세라믹의 합성소재를 주로 사용하고 있는데, 이러한 기판재료는 몇 가지 다른 성분이 서로 섞여 있는 관계로 유전손실이 발생하여 패치 안테나를 구현하였을 경우 유전체기판의 손실 때문에 안테나의 게인이 낮아지고 방사 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다. 일반적인 FR-4 기판을 이용하여 2.4GHz 대역의 무선랜이나 WCDMA 휴대폰 안테나를 구현하는 경우를 보면, 100*100mm 기판 위에 2*2(4)개 라디에이터를 형성하여 안테나를 제작하였을 경우 얻어지는 게인은 6~7dBi 정도이며 방사 효율은 30~40% 정도에 머무르며 -10dB 주파수 비대역은 5% 정도로 얻어지는 것이 통상적이다. Currently, the material mainly used for patch antenna is FR-4 substrate made of epoxy and Teflon and ceramic composite material. These substrate materials are patched because dielectric loss occurs because several different components are mixed together. When the antenna is implemented, the gain of the antenna is lowered and the radiation efficiency is lowered due to the loss of the dielectric substrate. When implementing a 2.4GHz band wireless LAN or WCDMA mobile phone antenna using a general FR-4 board, the gain obtained when the antenna is fabricated by forming 2 * 2 (4) radiators on a 100 * 100mm board is 6 It is typical to achieve ~ 7dBi, radiation efficiency of around 30-40%, and a -10dB frequency band of 5%.

통신서비스가 다양해지고 복잡해짐에 따라 여러 주파수를 동시에 사용하여야 하는 경우가 발생하는데, 이러한 경우 하나의 안테나로 여러 주파수의 통신기에 대응해야 할 필요성이 있게 되었다.As communication services are diversified and complicated, there are cases where multiple frequencies must be used at the same time. In this case, it is necessary to cope with a multi-frequency communicator with one antenna.

또한, 안테나의 효율이 낮게 되면 송신기의 부담이 많아지고, 고가의 높은 출력의 HPA를 사용하여야 하는 관계로 통신기를 제작하는데 비용이 매우 높아진다. 본 발명에서는 이러한 안테나의 낮은 효율이 야기하는 문제점을 해결하여 높은 효율의 안테나를 구현하는 발명을 함으로써 송신기의 출력은 줄이면서 통신기의 제작비용을 절감하는데 그 목적이 있다. In addition, when the efficiency of the antenna is low, the burden on the transmitter is increased, and the cost of manufacturing a communication device is very high because a high output HPA is required. In the present invention, by solving the problem caused by the low efficiency of the antenna to implement the high efficiency antenna to reduce the output of the transmitter while the purpose of reducing the manufacturing cost of the communicator.

유전체기판 위에 에칭으로 라디에이터를 구현하는 기존의 안테나의 경우, 유전체기판의 유전손실로 인하여 안테나의 효율이 30~40%로 낮아져 게인이 낮아지고 전계의 방사특성이 열화 되어 백로브 및 사이드로브가 나빠지는 문제가 발생한다. 또한, 에칭된 라디에이터의 사이즈에 의해 공진주파수와 주파수 비대역이 결정됨으로 인해, 여러 주파수를 동시에 공진시키는 광대역 특성을 얻기가 어렵다.In case of the existing antenna that implements the radiator by etching on the dielectric substrate, the dielectric loss of the dielectric substrate lowers the efficiency of the antenna to 30-40%, resulting in low gain and deterioration of the radiation characteristics of the electric field, resulting in poor back and side lobes. Causes a problem. In addition, since the resonant frequency and the non-frequency band are determined by the size of the etched radiator, it is difficult to obtain a wideband characteristic of resonating several frequencies simultaneously.

유전체기판 위에 형성하는 패치 안테나의 효율은 유전체기판의 유전손실에 기인하는데, 유전율이 높을수록 소형화가 가능하지만 유전손실 때문에 게인이 낮아지게 된다. 이를 위하여 패치 안테나를 형성하는 유전체기판의 두께를 얇게 박막형태로 하고, 그 박막위에 에칭 등의 기법으로 라디에이터를 형성하고, 박막 밑에 일정 간격의 공기층을 두어 간격을 유지하고, 다시 밑에 그라운드판을 가지는 박막의 유전체기판을 배치하고 그라운드판 밑의 층에는 라디에이터에 급전하기 위한 급전선로를 패턴 인쇄하여 전체 안테나를 구성한다. 이로 인하여 기존의 유전체기판을 사용하는 패치 안테나에서 발생하는 유전손실을 본 발명의 경우에는 공기로 대체하게 함으로써 유전손실이 거의 발생하지 않아 안테나의 효율을 최대한으로 높일 수가 있게 된다. 또한, 라디에이터가 패턴 인쇄되는 유전체기판은, 라디에이터의 고정 및 라디에이터에서 발생하는 전계를 공기층 간격후의 그라운드판과 더불어 전계 의 방향을 일정하게 유지하게 하여, 게인을 높이고 백로브를 낮추는데 도움을 주게 된다.The efficiency of the patch antenna formed on the dielectric substrate is due to the dielectric loss of the dielectric substrate. The higher the dielectric constant, the smaller the size of the patch antenna is, but the lower the gain due to the dielectric loss. To this end, the thickness of the dielectric substrate forming the patch antenna is made into a thin film, and a radiator is formed on the thin film by etching or the like, and a gap is placed under the thin film to maintain a space therebetween. A thin film dielectric substrate is arranged, and a feed line for feeding a radiator is pattern-printed on the layer under the ground plate to form an entire antenna. As a result, the dielectric loss generated in the patch antenna using the existing dielectric substrate is replaced with air in the present invention, so that the dielectric loss is hardly generated, thereby increasing the efficiency of the antenna to the maximum. In addition, the dielectric substrate on which the radiator is printed is patterned, and the electric field generated from the radiator and the radiator keeps the direction of the electric field constant along with the ground plate after the air gap, thereby helping to increase the gain and lower the back lobe.

하나의 라디에이터로 2주파수에 공진하기 위하여 유전체기판 위에 가로/세로 길이가 다른 라디에이터 위의 급전점을 사선으로 급전하여 2개의 주파수에 공진 하게 하는 특성을 얻어 광대역 특성을 가지게 한다. In order to resonate at two frequencies with one radiator, the feed point on the radiator with different horizontal / vertical lengths on the dielectric substrate is fed diagonally to obtain the characteristic of resonating at the two frequencies to have broadband characteristics.

이로 인하여 기존의 유전율이 4.5~10 정도의 유전체기판을 사용하는 패치 안테나에서 발생하는 유전손실을 본 발명의 경우에는 유전율이 거의 1에 가까운 공기로 대체하게 함으로써 유전손실이 거의 발생하지 않아 안테나의 효율을 최대한으로 높일 수가 있게 된다. 이로써 기존의 FR-4 기판을 사용하는 2×2 패치 안테나의 경우 효율이 30~40% 정도로 그치고, 주파수 비대역이 5%, 게인이 6~7dBi 인 것에 비하여, 본 발명에서는 동일한 FR-4 기판을 사용하여 2×2 패치 안테나를 구현하고 라디에이터 기판층과 선로층 사이에 공기층 갭을 넣어 효율을 85% 이상 얻을 수가 있었으며, 2개의 주파수에서 주파수 비대역을 19% 이상으로 넓게 얻을 수가 있었으며, 게인을 10dBi 이상, 메인 로브 대비 백로브를 -22dB 이상 낮추는 결과를 얻을 수가 있었다.As a result, in the present invention, the dielectric loss generated by the patch antenna using a dielectric substrate having a dielectric constant of about 4.5 to 10 is replaced by air having a dielectric constant of almost 1, thereby reducing the dielectric loss. You can increase the maximum. As a result, in the case of a 2 × 2 patch antenna using a conventional FR-4 substrate, the efficiency is only about 30 to 40%, the frequency band is 5% and the gain is 6 to 7 dBi. By implementing the 2 × 2 patch antenna and using the air gap between the radiator substrate layer and the line layer, the efficiency can be obtained more than 85%, and the frequency non-band at two frequencies can be wider than 19%. It was found that lowering the back lobe by more than 10dBi and -22dB more than the main lobe.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 관한 실시 예를 나타낸 도면이다. 실시 예에서는 현재 서비스 중인 WCDMA 영역의 주파수에 해당하는 중계기용의 안테나를 설계 제작함으로 본 발명의 유효성을 증명하였다. 실시 예에서, 얇은 박막의 유전체기판(10) 위에 동박의 라디에이터(11)를 에칭 기법으로 구현하고, 라디에이터 4개의 각 면을 2개의 주파수에 공진하는 길이의 L 과 W 를 정하여 에칭하고, 라디에이터의 사선위치에 급전점(12)을 만든다. 상기 라디에이터 기판층을 제작하고, 일정한 공기층 d 를 가진 후에 선로용 유전체기판(20)을 배치한다. 간격 d 와 접하는 유전체기판(20)의 윗면(21)에는 동박을 형성하여 선로용 유전체기판(20)의 그라운드(22)와 스루홀(23)로 결합시킨다. 이로써 라디에이터 기판층의 라디에이터(11)와 선로층의 그라운드판(21) 사이에는 간격 d 를 가지는 공기층이 만들어지고 이 사이에서 전계가 발산됨으로써, 기존의 유전체기판 위에 형성되어 있는 패치 안테나에서의 유전손실 부분이 없어지게 되어 고효율의 방사가 이루어지게 된다. 뿐만 아니라, 라디에이터(11)가 에칭된 유전체기판(10)은 일정 간격 d 밑의 그라운드판(21)과 더불어 라디에이터에서 방사되는 전계를 일정하게 펴주는 역할을 하게 되어, 전계가 고르게 펴짐으로 인해 게인이 상승되고, 메인로브 대비 백로브의 비를 높여주는 역할을 하게 된다. 1 is a view showing an embodiment according to the present invention. In the embodiment, the validity of the present invention is proved by designing and fabricating an antenna for a repeater corresponding to a frequency of a currently serving WCDMA region. In an embodiment, the radiator 11 of copper foil is implemented by an etching technique on the thin film dielectric substrate 10, and each of the four radiators is determined by etching L and W having a length that resonates at two frequencies, and then The feed point 12 is made at an oblique position. The radiator substrate layer is fabricated and the line dielectric substrate 20 is arranged after having a constant air layer d. Copper foils are formed on the upper surface 21 of the dielectric substrate 20 in contact with the gap d to be coupled to the ground 22 and the through hole 23 of the line dielectric substrate 20. As a result, an air layer having a distance d is formed between the radiator 11 of the radiator substrate layer and the ground plate 21 of the line layer, and an electric field is diverged therebetween, resulting in dielectric loss in the patch antenna formed on the existing dielectric substrate. The part disappears and high efficiency radiation is achieved. In addition, the dielectric substrate 10 in which the radiator 11 is etched, together with the ground plate 21 below a predetermined distance d serves to uniformly spread the electric field radiated from the radiator, thereby gaining due to the uneven stretching of the electric field. This rises and increases the ratio of the back lobe to the main lobe.

라디에이터 기판층(10)에 패턴 인쇄되어 있는 복수 개의 라디에이터(11)에 급전하기 위해서는 선로층(20)의 뒷면에 그라운드코플레이너선로를 형성하고, 포트(24)에서 들어오는 입력신호를 그라운드코플레이너선로(25)와 T 분배기(26)를 통하여 1/2로 분배하고 다시 선로(28)를 통하여 신호를 전송하고 T 분배기(29)를 통 하여 1/4로 분배한 후에 패치 안테나의 급전점(27)으로 가져와 급전핀(31)을 통하여 라디에이터층의 급전점(12)으로 연결한다. 이러한 분배기는 T 분배기 이외에도 윌킨스 디바이드 등을 이용하여 보다 광대역 특성을 가지는 분배기를 사용함으로써 안테나의 비대역을 더 넓게 할 수가 있게 된다.To feed a plurality of radiators 11 pattern-printed on the radiator substrate layer 10, a ground coplaner line is formed on the back of the line layer 20, and the input signal coming from the port 24 is ground coplayed. The feed point of the patch antenna after splitting in half through the n-line 25 and the T divider 26 and again transmitting a signal through the line 28 and in a quarter through the T divider 29. Taken to (27) and connected to the feed point 12 of the radiator layer through the feed pin (31). In addition to the T divider, such a divider enables a wider bandwidth of the antenna by using a divider having a wider bandwidth by using a Wilkins divide or the like.

실제 기판 에칭 제작 과정 중에서 발생하는 오차를 보정하기 위하여 open stub(30)을 넣어, 제작된 후 이 오픈 스터브를 조절하여 미세조정을 할 수 있게 한다.In order to correct an error occurring during the actual substrate etching fabrication process, an open stub 30 is inserted, and after the fabrication, the open stub is adjusted to allow fine adjustment.

라디에이터 기판층(10)과 선로층(20) 사이에 일정 간격 d 를 유지하기 위해서는 각 기판(10, 20)의 외곽에는 지지용 연결핀(35)을 납땜 등으로 라디에이터 기판층(10)과 선로층(20)의 지지용 연결홀(14)에 붙여 간격을 유지하게 한다. 이 간격을 유지하기 위하여 지지용 연결핀(35) 이외에도 플라스틱이나 금속재료를 이용하여 지지용 슬라이드를 만들어 끼워 넣음으로써 쉽게 간격을 유지할 수가 있다.In order to maintain a predetermined distance d between the radiator substrate layer 10 and the line layer 20, each of the substrate 10 and 20 is connected to the radiator substrate layer 10 and the line by soldering a support connecting pin 35 to the outside of the substrate 10 and 20. It is attached to the supporting connecting hole 14 of the layer 20 to maintain the spacing. In order to maintain this gap, the gap can be easily maintained by making and inserting a slide for support using a plastic or metal material in addition to the support connecting pin 35.

상기 방법으로 FR-4 기판을 사용하여 WCDMA 대역의 휴대폰 기지국 안테나를 설계한 과정과 결과를 예시한다. 라디에이터층 유전체기판(10)으로는 두께 0.8mm 의 FR-4 기판을 사용하였으며 선로층 유전체기판도 동일한 사양의 재료를 사용하여 150*150mm 기판 사이즈에 4개의 라디에이터(11)를 에칭기법으로 형성하고 공기층간격을 4mm로 하여 라디에이터층 기판(10)과 선로층 기판(20) 사이를 지름 1mm의 지지용 연결핀(35)으로 연결하고, 포트(24)에서 들어오는 신호를 코플레이너선로(25, 28) 및 T 분배기(26, 29)를 통하여 4분배 시키고 급전점(27)으로 연결하고 급전핀(31)을 통하여 라디에이터의 급전점(12)로 납땜으로 연결시켜 안테나를 제작하였 다. In the above method, the procedure and results of the design of the mobile phone base station antenna of the WCDMA band using the FR-4 substrate are illustrated. The radiator layer dielectric substrate 10 was made of an FR-4 substrate having a thickness of 0.8 mm, and the line layer dielectric substrate was also formed of four radiators 11 on a 150 * 150 mm substrate size using a material of the same specification. An air gap of 4 mm is connected between the radiator layer substrate 10 and the line layer substrate 20 with a support connecting pin 35 having a diameter of 1 mm, and the signal coming from the port 24 is coplanar line 25 ( 28) and the T dividers (26, 29) through the four distribution and connected to the feed point (27) and through the feed pin 31 connected to the feed point (12) of the radiator to produce an antenna.

상기 안테나의 특성을 컴퓨터시뮬레이션을 통하여 결과를 확인하여 표 1 및 표 2와 같은 결과를 얻을 수가 있었다. 표 1에서와 같이 2GHz WCDMA 대역에서 S11 이 -10dB 기준으로 주파수 비대역이 380MHz 로 19%를 초과하는 특성을 얻을 수가 있었으며 표 2에서와 같이 게인을 10dBi 이상 얻어졌으며 방사 효율도 85% 이상 얻어짐을 확인할 수가 있으며 F-B Ratio도 -22 dB 정도 우수한 특성을 얻을 수가 있었다. 설계한 안테나의 3차원 방사특성 및 2차원 특성을 도 5에서 확인할 수 있으며, 각 주파수별 라디에이터에서 방사되는 전계 모양은 도 6에서 확인할 수 있다.The results of the antenna characteristics were confirmed through computer simulations, and the results shown in Tables 1 and 2 were obtained. As shown in Table 1, in the 2GHz WCDMA band, S11 was -10dB, and the frequency non-band was 380MHz, which was more than 19%, gain was obtained more than 10dBi as shown in Table 2, and radiation efficiency was more than 85%. The FB Ratio was also excellent -22 dB. The three-dimensional radiation characteristics and the two-dimensional characteristics of the designed antenna can be seen in FIG. 5, and the shape of the electric field radiated from the radiator for each frequency can be seen in FIG. 6.

상기 방법으로 라디에이터의 수를 줄여 1개의 라디에이터로도 안테나를 만들 수가 있는데, 도 2와 같이 50*50mm 의 FR-4 기판 위에 라디에이터를 1개 인쇄하여 공기층의 간격 d 를 4mm로 하고 선로층의 급전점을 급전핀으로 연결하여 안테나를 제작하였을 경우 게인을 8dBi 정도 얻을 수가 있고 효율을 85% 이상 얻을 수가 있었다. By using the above method, the number of radiators can be reduced to make an antenna even with one radiator. As shown in FIG. When the antenna was fabricated by connecting the point with the feed pin, gain could be obtained about 8dBi and efficiency was more than 85%.

또한, 보다 높은 게인의 안테나를 제작하기 위해서 상기 방법으로 도 3과 같이 300*300mm 사이즈의 FR-4 기판 위에 4*4(16)개의 라디에이터를 형성하여 공기층을 4mm로 하고 밑의 선로층에는 포트에서 들어오는 신호를 그라운드코플레이너선로와 T 분배기를 통하여 1/2 분배, 1/4 분배, 1/16 분배를 연속으로 하여 각 라디에이터의 급전점으로 인입하고 급전핀을 통하여 라디에이터층의 급전점과 납땜으로 연결한다. 이로써 16개의 라디에이터에서 방사되는 안테나는 게인을 16dBi 정도 얻을 수가 있다. 더 높은 게인을 얻기 위해서는 라디에이터의 수를 8*8, 16*16 등으 로 증가 시키게 되면 게인이 16dBi 이상의 안테나를 구현할 수가 있다. In addition, in order to fabricate a higher gain antenna, as shown in FIG. 3, 4 * 4 (16) radiators are formed on a FR-4 substrate having a size of 300 * 300mm as shown in FIG. Incoming signal from the ground coplaner line and T divider is divided into 1/2, 1/4, and 1/16 through the feed point of each radiator, and feed point of radiator layer and feed point Connect with solder. This allows the antenna radiated from the 16 radiators to gain about 16dBi. To get higher gain, increase the number of radiators to 8 * 8, 16 * 16, etc., and the gain can realize more than 16dBi antenna.

안테나 S11 특성Antenna S11 Characteristics min(Ghz) ~ max(Ghz)min (Ghz) to max (Ghz) 폭(Mhz)Width (Mhz) -10dB-10 dB 1.898(Ghz) ~ 2.278(Ghz)1.898 (Ghz) to 2.278 (Ghz) 380(Mhz)380 (Mhz) -15dB-15 dB 1.930(Ghz) ~ 2.230(Ghz)1.930 (Ghz) ~ 2.230 (Ghz) 300(Mhz)300 (Mhz)

주파수별 안테나 게인 및 효율, F-B RatioAntenna Gain and Efficiency by Frequency, F-B Ratio Total. efficiencyTotal. efficiency GainGain F-B RatioF-B Ratio Phi=0Phi = 0 Phi=90Phi = 90 1.97Ghz1.97Ghz 0.870.87 10.18dB10.18 dB -22.8dB-22.8 dB -22.8dB-22.8 dB 2.16Ghz2.16Ghz 0.860.86 10.92dB10.92 dB -22.8dB-22.8 dB -23.4dB-23.4 dB

본 발명을 적용한 고효율 안테나를 휴대폰의 중계기용 안테나 및 기지국용 안테나에 적용하여 기지국의 송신기를 소형화할 수가 있으며, 무선랜 등의 기지국용 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나로 사용이 가능하다. By applying the high-efficiency antenna according to the present invention to a repeater antenna and a base station antenna of a mobile phone, the transmitter of the base station can be miniaturized, and can be used as a high efficiency broadband / 2 frequency patch antenna for a base station such as a wireless LAN.

도 1 : 2×2 라디에이터 패치 안테나의 윗면, 아래면, 사시도1: Top, bottom, perspective view of a 2 × 2 radiator patch antenna

도 2 : 1개 라디에이터 패치 안테나 윗면, 아래면, 사시도2: 1 radiator patch antenna top, bottom view, perspective view

도 3 : 4×4 라디에이터 패치 안테나의 윗면, 아래면, 사시도3: Top, bottom, perspective view of a 4 × 4 radiator patch antenna

도 4 : 2×2 라디에이터 패치 안테나의 S11 특성4: S11 characteristics of a 2 × 2 radiator patch antenna

도 5 : 2×2 라디에이터 패치 안테나의 3차원 및 2차원 방사패턴 시뮬레이션 결과5: 3D and 2D radiation pattern simulation results of the 2 × 2 radiator patch antenna

도 6 : 2×2 라디에이터 패치 안테나의 주파수별 전계 방사 모양6: Frequency Radiation of Frequency by 2 × 2 Radiator Patch Antenna

<세부명칭에 대한 상세한 설명><Detailed Description of Details>

10 : 라디에이터용 유전체기판, 11 : 라디에이터, 12 : 급전점, 13 : 커팅면10: dielectric substrate for radiator, 11: radiator, 12: feed point, 13: cutting surface

14 : 기판지지용 연결홀14: connection hole for board support

20 : 선로용 유전체기판, 21 : 그라운드판, 22 : 선로용 그라운드판20: track dielectric board, 21: ground board, 22: ground board

23 : 연결용 스루홀, 24 : 연결용 포트, 25, 28, 29-1 : 그라운드코플레이너선로 23: connection through hole, 24: connection port, 25, 28, 29-1: ground coplaner line

26, 29 : T 분배기, 27 : 급전점26, 29: T divider, 27: feed point

30 : 오픈 스터브, 31 : 급전점 연결핀, 35 : 기판지지용 연결핀30: open stub, 31: feed point connecting pin, 35: board support connecting pin

Claims

패치 안테나에 있어서,In the patch antenna,

라디에이터용 유전체기판(10) 위에 인쇄 혹은 에칭 기법으로 사각 라디에이터(11)를 공진주파수에 해당하는 L 혹은 W의 길이로 1개 이상 복수 개를 형성하고;Forming one or more square radiators 11 each having a length L or W corresponding to a resonance frequency on the radiator dielectric substrate 10 by a printing or etching technique;

상기 라디에이터에 대각선 방향으로 급전점(12)을 설정하고;Setting a feed point (12) in the diagonal direction to the radiator;

선로용 유전체기판(20)의 윗면(21)에는 그라운드판(21)을 형성하고;A ground plate 21 is formed on the top surface 21 of the line dielectric substrate 20;

선로용 유전체기판(20)의 아래면(22)에는 포트(24)에서 들어오는 신호를 배분하여 연결하는 선로(25, 28)와 분배기(29)로 구성되고;A lower surface 22 of the line dielectric substrate 20 includes lines 25 and 28 and a distributor 29 for distributing and connecting signals coming from the port 24;

선로용 유전체기판(20)과 라디에이터용 유전체기판(10) 사이는 일정한 간격 d 를 가지고; The line dielectric substrate 20 and the radiator dielectric substrate 10 have a constant spacing d;

선로층(20)의 급전점(27)과 라디에이터층(10) 급전점(12) 사이를 연결용 핀(31)으로 연결하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.A high efficiency broadband / 2 frequency patch antenna, characterized in that between the feed point 27 of the line layer 20 and the feed point 12 of the radiator layer 10 is connected to the pin 31 for the connection.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

라디에이터용 유전체기판(10) 위에 에칭 기법 등으로 제작된 사각 라디에이터(11) 위에 설정하는 급전점(12)을 L 혹은 W 가 합쳐지는 꼭지점의 대각선 방향 혹은 대각선 인근 방향으로 급전점을 설정하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.It is characterized by setting the feed point 12 on the radiator dielectric substrate 10 on the square radiator 11 fabricated by an etching technique in the diagonal direction or the diagonal vicinity of the vertex where L or W are combined. High efficiency broadband / 2 frequency patch antenna.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

선로용 유전체기판(20) 위에 입력포트(24)에서 각 라디에이터의 급전점(27)으로 연결하기 위하여 코플레이너선로(25, 28, 29-1) 혹은 마이크로스트립선로로 구현하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.Characterized in that it is implemented as a coplanar line (25, 28, 29-1) or a microstrip line in order to connect from the input port 24 to the feed point 27 of each radiator on the line dielectric substrate 20 High efficiency broadband / 2 frequency patch antenna.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

라디에이터용 유전체기판(10) 위에 인쇄 혹은 에칭 기법으로 라디에이터(11)를 1개 이상 4개, 8개 등 복수 개를 형성하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.A high efficiency broadband / 2 frequency patch antenna, characterized in that a plurality of radiators 11 are formed on the radiator dielectric substrate 10 by printing or etching, such as one or more and four or eight.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

선로용 유전체기판(20)의 아래면(22) 그라운드코플레이너선로(25, 26, 28, 29) 주위의 그라운드판(22)과 선로용 유전체기판(20) 윗면의 그라운드판(21)을 일정간격으로 스루홀(23)을 가공하여 연결하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.The ground plate 22 around the ground coplanar lines 25, 26, 28, and 29 of the lower surface 22 of the line dielectric substrate 20 and the ground plate 21 on the top surface of the line dielectric substrate 20 High-efficiency broadband / 2 frequency patch antenna, characterized in that the through-holes 23 are processed at a predetermined interval.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

라디에이터용 유전체기판(10)과 선로용 유전체기판(20) 사이를 일정 간격 d 를 유지하면서 지지용 연결핀(35) 고정하여 지지하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.A high efficiency broadband / 2 frequency patch antenna, characterized in that the support connecting pin (35) is fixed while maintaining a predetermined distance d between the radiator dielectric substrate (10) and the line dielectric substrate (20).

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

선로용 유전체기판(20)의 포트(24)에서 인입되는 신호를 1/2 분배 혹은 1/4 분배하기 위하여 T 분배기(26, 29)를 혹은 윌킨스 디바이드 등을 형성하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.High-efficiency broadband / characterized in that to form a T divider (26, 29) or Wilkins divide, etc. to divide half or quarter of the incoming signal from the port 24 of the dielectric substrate 20 for the line 2 frequency patch antenna.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

라디에이터용 유전체기판(10)과 선로용 유전체기판(20) 사이를 일정 간격 d 를 유지하기 위하여 플라스틱 혹은 금속재질의 스탠드로 고정하여 지지 하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.High efficiency broadband / 2 frequency patch antenna, characterized in that the support is fixed by a stand of plastic or metal material to maintain a predetermined distance d between the radiator dielectric substrate 10 and the line dielectric substrate 20.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

선로용 유전체기판(20) 상의 포트(24)에서 분배기(26)로 가기 전에 선로 상에 open stub(30), 혹은 short stub를 넣어 매칭을 조절하는 것을 특징으로 하는 고효율 광대역/2주파수 패치 안테나.A high efficiency broadband / 2 frequency patch antenna, characterized in that the matching is controlled by putting an open stub (30), or a short stub on the line before going from the port (24) on the line dielectric substrate (20) to the distributor (26).