KR101163419B1 - Hybrid Patch Antenna - Google Patents

Abstract

본 발명은 메인 안테나와 8dB이상의 충분한 아이솔레이션을 확보하기 위하여 사용되는 다이버시티 안테나로서 광대역 특성을 가지며 통과 대역내에서 이득 평탄도가 1dBi 수준을 갖고 소형화를 위한 λ/4의 전기적 길이를 갖는 직선편파의 광대역 마이크로 스트립 패치 안테나에 대한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 하이브리드 패치 안테나는, 무선 통신 단말에 장착되는 메인 안테나와 이격되어 설치되고 직선 편파를 송수신하는 마이트로 스트립 패치 안테나로서, 유전체 블록의 상부면에 형성된 전도성 방사체 패치 패턴, 상기 유전체 블록의 하부면에 형성된 그라운드 패턴, 및 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되고 상기 유전체 블록의 하단까지 연장되는 급전 라인을 포함하되, 상기 그라운드 패턴은 서로 소정간격 이격되어 적어도 2개 이상의 복수개로 형성되는 것을 특징으로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a diversity antenna used to secure sufficient isolation of the main antenna with 8 dB or more. It is for a broadband micro strip patch antenna.
According to an aspect of the present invention, a hybrid patch antenna is a strip patch antenna that is spaced apart from a main antenna mounted to a wireless communication terminal and transmits and receives linearly polarized waves. A ground pattern formed on the bottom surface of the block, and a feed line electrically coupled to the conductive radiator patch pattern and extending to the bottom of the dielectric block, wherein the ground patterns are formed at least two or more spaced apart from each other by a predetermined interval; It is characterized by.

Description

하이브리드 패치 안테나{Hybrid Patch Antenna}Hybrid patch antenna

본 발명은 하이브리드 패치 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메인 안테나와 8dB이상의 충분한 아이솔레이션을 확보하기 위하여 사용되는 다이버시티 안테나로서 광대역 특성을 가지며 통과 대역내에서 이득 평탄도가 1dBi 수준을 갖고 소형화를 위한 λ/4의 전기적 길이를 갖는 직선편파의 광대역 마이크로 스트립 패치 안테나에 대한 것이다.The present invention relates to a hybrid patch antenna, and more particularly, a diversity antenna used to secure sufficient isolation of the main antenna and 8 dB or more, and has a wideband characteristic, a gain flatness of 1 dBi in a pass band, for miniaturization. For a linearly polarized broadband microstrip patch antenna with an electrical length of λ / 4.

휴대용 무선 단말기는 소형화, 다기능화, 경량화 및 저전력화를 목표로 지속적으로 발전되어 왔다. 이러한 휴대용 무선 단말기에 필수적인 요소 중 하나인 안테나 장치는 통화 품질을 결정하는 핵심 부품이다. 현재 휴대용 무선 단말기는 바(Bar)형, 플립(Flip)형, 폴더(Folder)형 등 다양한 형태로 생산되고 있는데, 이러한 다양한 휴대용 무선 단말기에 사용되는 송수신 안테나 장치는 이전에는 외장형 타입의 헬리컬(Helical) 안테나와 휩(Whip) 안테나를 조합한 형태가 주를 이루었다. 이러한 형태의 안테나는 단말기가 신호 대기 상태일 경우나 전파 환경이 양호할 때는 헬리컬 안테나가 단독으로 동작하고, 단말기가 통화 상태일 경우나 전파 환경이 열악한 곳에서 사용자는 휩 안테나를 인출시켜 헬리컬 안테나와 휩 안테나가 모두 동작할 수 있었다.Portable wireless terminals have been continuously developed for the purpose of miniaturization, multifunction, light weight, and low power. One of the essential elements of such a portable wireless terminal is an antenna device that determines call quality. Currently, portable wireless terminals are produced in various forms such as bar type, flip type, and folder type. Transceiver antenna devices used in these various portable wireless terminals have previously been external type helical. The combination of antenna and whip antenna was the main form. In this type of antenna, when the terminal is in a signal waiting state or a good radio wave environment, the helical antenna operates by itself, and when the terminal is in a call state or in a poor radio wave environment, the user draws a whip antenna and All the whip antennas could work.

그러나 단말기 디자인을 중요시하고 소형, 경량화되면서 안테나 장치는 상대적으로 부피가 큰 헬리컬 안테나가 단말기 본체의 외부에 고정된 외장형 안테나 대신에 단말기 내부에 내장이 가능하고 전도성 방사체와 사출물로 구성된 직선편파(Linear polarization) 특성의 메인(main) 안테나 구조로 개발되어 왔으나 외장형 안테나 대비 내장형 안테나의 성능이 저하되는 문제가 발생되고 있으며 이러한 휴대용 무선 단말기는 성능 향상과 원활한 데이터 통신을 위하여 단말기에 내장된 송수신용 메인 안테나와 페이딩 현상을 방지하기 위하여 별도의 다이버시티(Diversity) 안테나를 구비하게 되었으며 이와 같은 다이버시티 안테나는 메인 안테나와 λ/2 이상의 충분한 이격 거리를 두고 평면형 역-에프 안테나(PIFA;Planer Inverted-F Antenna), 굴곡형태의 패턴으로 이루어지는 곡류형 안테나(Meander Antenna), 루프 안테나(Loop Antenna), 역-에프 안테나(Inverted F-Antenna), 와이어형 안테나(Wire Type Antenna) 등 단말기 본체 내부의 좁은 공간에서도 실장이 용이한 안테나로 발전되어 왔다.However, due to the importance of the terminal design and compactness and weight, the antenna device can be embedded inside the terminal instead of an external antenna in which a relatively bulky helical antenna is fixed to the outside of the terminal body, and linear polarization composed of a conductive radiator and an injection molding product. Although the main antenna structure has been developed, the performance of the internal antenna is degraded compared to the external antenna. Such a portable wireless terminal has a main antenna for transmitting and receiving in the terminal for improved performance and smooth data communication. In order to prevent fading phenomenon, a separate diversity antenna is provided, and such diversity antenna has a planar inverted-F antenna (PIFA) with a sufficient separation distance of more than λ / 2 from the main antenna. , With a curved pattern It is developed as an antenna that can be easily mounted in a narrow space inside the terminal body such as a meander antenna, a loop antenna, an inverted F-antenna, and a wire type antenna. Has been.

그러나 기존의 외장형 안테나를 사용할 경우 다이버시티 안테나와 이격 거리가 충분하여 안테나 성능 저하 현상이 없었으나 USB 모듈과 같이 사이즈가 작은 단말기의 내부 공간에 최소 20% 이상의 면적을 차지하는 내장형 메인 안테나가 위치하는 경우에는 다이버시티 안테나와 이격 거리가 충분하지 않아 아이솔레이션(Isolation)이 5dB 이하로 상호 간섭에 의한 메인 안테나 성능 저하 현상이 발생되는 문제점이 있다.However, when the existing external antenna is used, there is no antenna performance deterioration due to the sufficient separation distance from the diversity antenna, but when the internal main antenna occupies at least 20% of the area in the internal space of a small terminal such as a USB module Since the separation distance from the diversity antenna is not sufficient, there is a problem in that the degradation of the main antenna due to mutual interference occurs due to isolation of 5 dB or less.

페이딩 현상이란, 전파가 지나는 경로의 매질의 변화, 전파의 회절 또는 동일 지점에서 송신된 전파가 둘 이상의 경로를 통해 수신될 때 발생하는 위상차 등에 의해 신호 품질 또는 전송 속도 등이 저하되는 현상을 말한다.The fading phenomenon refers to a phenomenon in which signal quality or transmission rate is deteriorated due to a change in a medium of a path through which radio waves pass, diffraction of radio waves, or a phase difference generated when radio waves transmitted at the same point are received through two or more paths.

상기와 같은 종래의 내장형 안테나는 메인 안테나 및 다이버시티 안테나 각각에서 수신되는 신호를 조합하여 최적의 신호를 검출함으로써, 페이딩 현상을 방지하고 더 나은 신호 품질을 얻을 수 있게 되므로 다이버시티 안테나는 메인 안테나로부터 이격된 거리가 멀수록 그 효과가 향상된다.The conventional built-in antenna as described above combines the signals received from the main antenna and the diversity antenna to detect an optimal signal, thereby preventing fading and obtaining better signal quality. The farther the distance is, the better the effect is.

휴대용 무선 단말기에 적용되는 통신 기술이 발달함에 따라서 기존 단일 주파수 송수신 기능 외에 듀얼 모드(Dual Mode) 또는 트리플 모드(Triple Mode) 단말기가 출시되고 있으며, CDMA, PCS, WCDMA, GSM, GPS, WIFI, 블루투스, LTE(Long Term Evolution), Winmax 기능과 같이 다양한 어플리케이션이 하나의 단말기에 구현되고 단말기 사이즈가 소형화되어서 좁은 공간 안에 많은 안테나가 위치하게 되고 주파수 대역이 각기 다른 어플리케이션의 다이버시티 안테나들이 적용된 단말기에서는 다이버시티 안테나들의 실장 공간 및 이격 거리 확보가 어려울 뿐만 아니라, 안테나 상호 간섭에 의한 문제점은 더욱 심화되고 있다.With the development of communication technology applied to portable wireless terminals, dual mode or triple mode terminals have been introduced in addition to the existing single frequency transmission / reception functions, and CDMA, PCS, WCDMA, GSM, GPS, WIFI, Bluetooth , Various applications such as LTE (Long Term Evolution) and Winmax function are implemented in one terminal, and the size of the terminal is miniaturized so that many antennas are located in a narrow space and diversity antennas of terminals with different frequency bands are applied. It is difficult to secure the mounting space and the separation distance of the city antennas, and the problems caused by the mutual antenna interference are further intensified.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 아이솔레이션 특성이 좋은 마이크로스트립 패치 안테나가 제안되고 있다.In order to solve the above problems, a microstrip patch antenna having good isolation characteristics has been proposed.

도 1은 종래기술의 마이크로스트립 패치 안테나를 도시하는데, 도 1의 (a)에 도시된 일반 패치 안테나는 유전체 상단면에 전도성 방사판(패치)이 위치하고 유전체 하단면에 그라운드면이 위치하며 전도성 물질로 구성된 핀이나 전도성 재질로 하단면 그라운드를 관통하면서 그라운드와 분리되어 있는 하단면에 위치한 신호선(Feeding 핀)은 그라운드면에 의하여 주변이 둘러싸여 있는 λ/2의 전기적 길이를 갖는 피딩핀 타입의 일반 패치 안테나 구조를 나타낸다.Figure 1 shows a microstrip patch antenna of the prior art, the general patch antenna shown in Figure 1 (a) is a conductive radiation plate (patch) is located on the top surface of the dielectric and the ground surface is located on the bottom surface of the dielectric material Feeding pin-type general patch having an electrical length of λ / 2 surrounded by a ground surface, and a signal line (Feeding pin) located at the bottom surface separated from the ground while penetrating the bottom ground with a conductive material Represents the antenna structure.

또한 도 1의 (b)는 SMD가 가능한 일반 패치 안테나이며 전도성핀 대신 유전체 측면으로 전도성 방사체와 연결된 신호라인을 구성하여 하단면에 입출력 단자와 연결되어 있고 측면과 연결된 신호라인 방향을 제외하고 하단면에 위치한 그라운드면으로 둘레가 둘러쌓여 있는 λ/2의 전기적 길이를 갖는 일반적인 SMD 타입의 패치 안테나의 구조를 나타낸다.In addition, Figure 1 (b) is a general patch antenna capable of SMD and the signal side connected to the conductive radiator to the dielectric side instead of the conductive pin is connected to the input and output terminals on the bottom side, except for the signal line direction connected to the bottom side The structure of a typical SMD-type patch antenna with an electrical length of λ / 2 is surrounded by a ground plane located at.

도 2는 종래의 마이크로스트립 패치 안테나의 실시예와 그에 따른 안테나 특성을 나타내는 것으로서 도 1에 도시된 종래의 마이크로스트립 패치 안테나를 구현한 실시예이다. FIG. 2 illustrates an embodiment of a conventional microstrip patch antenna and antenna characteristics thereof according to an embodiment of the conventional microstrip patch antenna shown in FIG. 1.

유전율이 120으로서 그 전체 사이즈(size)는 25*10*4mm이고 여기서 유전체의 사이즈는 25*10*4mm이고 방사체의 사이즈는 22*10mm로 형성되어 있다. 전기적 길이는 λ/2로서 636MHz대역에서 전기적 길이가 약 21.7mm가 되고 통과 대역폭은 5MHz를 나타내었다.The dielectric constant is 120 and its total size is 25 * 10 * 4mm, where the size of the dielectric is 25 * 10 * 4mm and the size of the radiator is 22 * 10mm. The electrical length was λ / 2, which was about 21.7mm in the 636MHz band and the passband was 5MHz.

이와 같은 종래의 일반 패치 안테나를 700MHz 대역에서 다이버시티 안테나로 사용시에는 5~10MHz의 협대역 문제와 VSWR 특성이 좋지 않은 부분까지 확장시켜서 20MHz의 통과 대역을 구현하더라도 주파수 대역내의 이득 평탄도가 3dBi 이상으로 커서 안테나 세트에 적용시 채널별 수신 신호 레벨 차이를 발생시킬 수 있으며, 전기적 길이가 λ/2로서 700MHz 구현시 물리적 길이가 23~25mm이상으로 안테나 사이즈는 최소 23~25mm를 확보하여야 하므로 내장형 안테나로 사용시에 공간적인 제약이 따른다.When the conventional patch antenna is used as a diversity antenna in the 700 MHz band, the gain flatness in the frequency band is 3 dBi or more even when a 20 MHz pass band is realized by extending the narrow band problem of 5 to 10 MHz and the poor VSWR characteristic. When applied to the antenna set, it is possible to generate the difference of received signal level by channel, and the electrical length is λ / 2, and when the 700MHz is implemented, the physical length should be more than 23 ~ 25mm and the antenna size should be secured at least 23 ~ 25mm. There is a space limitation when using it.

또한 25mm 사이즈 이내로 구현하기 위해서는 상용화된 er90 유전체나 또는 er120 유전체인 세라믹 재료를 사용해야 하는데, 이는 재료비가 비싸고 재료의 품질 계수(Q*F)가 2,000~3,000으로 유전체 손실에 의한 이득 저하가 발생된다.In addition, to implement within 25mm size, commercially available ceramic materials, such as er90 dielectric or er120 dielectric, must be used, which is expensive, and the quality factor (Q * F) of the material is 2,000-3,000, resulting in a loss of gain due to dielectric loss.

이와 같이 전기적 길이를 줄이기 위하여 패치 안테나의 방사체와 그라운드의 한쪽면을 부분 단락(Short)시켜서 λ/4의 길이로 줄이는 방법도 있으나 이런 경우에는 λ/2 패치 안테나 대비 이득이 2~3dBi 이상 낮고 통과 대역폭도 좁아지므로 적용이 불가능한 난해함이 있다.In order to reduce the electrical length, there is a method to shorten the radiator and the ground of one side of the patch antenna to a length of λ / 4, but in this case, the gain is lower than 2 to 3 dBi compared to the λ / 2 patch antenna. The bandwidth is also narrowed, which makes it difficult to apply.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 다양한 어플리케이션이 하나의 단말기에 구현되는 동시에 단말기 사이즈가 소형화되어서 좁은 공간 안에 주파수 대역이 각기 다른 다이버시티 안테나들이 적용된 단말기에서 실장 공간 및 이격 거리 확보가 어려울뿐 아니라 안테나간 상호 간섭에 의한 문제점을 해결한 하이브리드 패치 안테나를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a variety of applications in one terminal, and at the same time, a terminal size is miniaturized, and thus a terminal in which diversity antennas having different frequency bands are applied in a narrow space is provided. It is difficult to secure mounting space and separation distance, and to provide a hybrid patch antenna that solves a problem caused by mutual interference between antennas.

종래의 마이크로스트립 패치 형태의 다이버시티 안테나 적용시에 5~10MHz의 협대역 문제와 주파수 대역내의 이득 평탄도가 3dBi 이상으로 커서 안테나 세트(set) 적용시에 채널별 수신 신호 레벨 차이가 발생되며 전기적 길이가 λ/2로써 700MHz 구현시 물리적 길이가 23~25mm이상이 되므로 내장형 안테나로 사용시에 공간적인 제약이 따르는 문제점을 해결한 하이브리드 패치 안테나를 제공하는 데 있다.In case of applying the conventional microstrip patch type diversity antenna, the narrow band problem of 5 ~ 10MHz and the gain flatness in the frequency band are more than 3dBi, so that the difference of received signal level for each channel occurs when the antenna set is applied. Since the length is λ / 2 and the physical length becomes more than 23 ~ 25mm when implementing 700MHz, the present invention provides a hybrid patch antenna that solves the problem of spatial limitations when using the internal antenna.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 하이브리드 패치 안테나는, 무선 통신 단말에 장착되는 메인 안테나와 이격되어 설치되고 직선 편파를 송수신하는 마이트로 스트립 패치 안테나로서, 유전체 블록의 상부면에 형성된 전도성 방사체 패치 패턴; 상기 유전체 블록의 하부면에 형성된 그라운드 패턴; 및 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되고 상기 유전체 블록의 하단까지 연장되는 급전 라인을 포함하되, 상기 그라운드 패턴은 서로 소정간격 이격되어 적어도 2개 이상의 복수개로 형성된다.First, to summarize the features of the present invention, in accordance with an aspect of the present invention for achieving the object of the present invention, the hybrid patch antenna is installed spaced apart from the main antenna mounted on the wireless communication terminal and transmits and receives linearly polarized waves A mite strip patch antenna comprising: a conductive radiator patch pattern formed on an upper surface of a dielectric block; A ground pattern formed on the bottom surface of the dielectric block; And a feeding line electrically coupled to the conductive radiator patch pattern and extending to the bottom of the dielectric block, wherein the ground patterns are formed at least two or more apart from each other by a predetermined distance.

상기 그라운드 패턴은 서로 소정간격 이격되어 형성된 제1 그라운드 패턴과 제2 그라운드 패턴을 포함한다.The ground pattern includes a first ground pattern and a second ground pattern formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance.

상기 유전체 블록의 하부면 상의 상기 제1 그라운드 패턴과 제2 그라운드 패턴 간의 사이에 형성되며 상기 급전 라인과 연결된 입출력 신호 라인을 더 포함하며, 상기 그라운드 패턴들과 상기 입출력 신호 라인 간의 용량성 결합을 통해 안테나의 전기적 특성이 조절된다.And an input / output signal line formed between the first ground pattern and the second ground pattern on the lower surface of the dielectric block and connected to the feeding line, and through capacitive coupling between the ground patterns and the input / output signal line. The electrical characteristics of the antenna are adjusted.

상기 2개 이상의 복수개로 형성된 그라운드 패턴을 서로 연결시켜 공진주파수를 분리하고 통과 대역폭을 넓히기 위한 전도성 접속 라인을 더 포함한다.It further includes a conductive connection line for connecting the two or more formed ground patterns to each other to separate the resonant frequency and to widen the pass bandwidth.

상기 전도성 접속 라인은, 그 중간에 소정 간격 오픈된 부분을 포함한다.The conductive connecting line includes a portion which is opened at a predetermined interval in the middle thereof.

상기 그라운드 패턴의 위로 순차적으로 유전체 블록과 전도성 방사체 패치 패턴을 교번 적층하여 복수의 유전체 블록과 복수의 전도성 방사체 패치 패턴이 포함된 스택(stacked) 구조를 포함하고, 상기 급전 라인은 상기 복수의 전도성 방사체 패치 패턴 중 가장 위의 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되어 상기 복수의 유전체 블록 중 가장 아래의 유전체 블록의 하단까지 연장된다.A stack structure including a plurality of dielectric blocks and a plurality of conductive radiator patch patterns by sequentially stacking a dielectric block and a conductive radiator patch pattern over the ground pattern, wherein the feed line includes the plurality of conductive radiators It is electrically coupled with the topmost conductive radiator patch pattern of the patch patterns and extends to the bottom of the bottommost dielectric block of the plurality of dielectric blocks.

상기 그라운드 패턴의 위로 순차적으로 적층한 유전체 블록과 전도성 방사체 패치 패턴의 위로 에어 갭(gap)을 두고, 상기 에어 갭 위로 순차적으로 적층한 다른 유전체 블록과 전도성 방사체 패치 패턴이 포함된 스택(stacked) 구조를 포함하고, 상기 급전 라인은 가장 위의 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되어 가장 아래의 유전체 블록의 하단까지 연장된다.Stacked structure including a dielectric block sequentially stacked on the ground pattern and an air gap on the conductive radiator patch pattern, and another dielectric block and a conductive radiator patch pattern sequentially stacked on the air gap. The feed line is electrically coupled with the top conductive emitter patch pattern and extends to the bottom of the bottom dielectric block.

상기 스택 구조에서 유전율이 1~5인 어느 하나의 유전체 블록을 포함한다.It includes any one dielectric block having a dielectric constant of 1 to 5 in the stack structure.

상기 그라운드 패턴은, 상기 제1 그라운드 패턴과 제2 그라운드 패턴 중 적어도 어느 하나 이상은 유전체 블록의 외부로 연장된 전도체판을 더 포함한다.The ground pattern further includes a conductor plate extending at least one of the first ground pattern and the second ground pattern to the outside of the dielectric block.

상기 급전라인은, 비아홀을 통해 상기 유전체 블록의 상부면으로부터 하부면으로 관통하여 연장된 구조를 포함한다.The feed line includes a structure extending through the via hole from the upper surface to the lower surface of the dielectric block.

상기 급전라인은, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 연결되어 상기 유전체 블록의 상부면으로부터 하부면으로 측면을 따라 형성될 수 있다.The feed line may be connected to the conductive radiator patch pattern and may be formed along a side surface from an upper surface to a lower surface of the dielectric block.

상기 급전라인은, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 소정 간격 이격되어 용량성으로 결합되는 간접 급전 라인일 수 있다.The feed line may be an indirect feed line that is capacitively coupled to the conductive radiator patch pattern at a predetermined interval.

상기 전도성 접속 라인은 상기 유전체 블록의 외부로 연장되어 소정의 면적을 갖는 그라운드 전도체판을 포함한다.The conductive connecting line includes a ground conductor plate extending out of the dielectric block and having a predetermined area.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 하이브리드 패치 안테나는, 무선 통신 단말에 장착되는 메인 안테나와 이격되어 설치되고 직선 편파를 송수신하는 마이트로 스트립 패치 안테나로서, 유전체 블록의 상부면에 형성된 전도성 방사체 패치 패턴; 상기 유전체 블록의 하부면에 형성된 그라운드 패턴; 및 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되고 상기 유전체 블록의 하단까지 연장되는 급전 라인을 포함하되, 상기 급전 라인의 단부인 출력단을 둘러싸고 있는 상기 그라운드 패턴이, 상기 출력단과는 전기적으로 분리되어 있으며, 일측 가장자리에서 상기 출력단 방향으로 일정폭으로 오픈된 부분을 갖도록 형성된다.In addition, the hybrid patch antenna according to another aspect of the present invention is a strip patch antenna that is installed apart from the main antenna mounted to the wireless communication terminal and transmits and receives a linear polarization, a conductive radiator patch pattern formed on the upper surface of the dielectric block ; A ground pattern formed on the bottom surface of the dielectric block; And a feed line electrically coupled with the conductive radiator patch pattern and extending to the bottom of the dielectric block, wherein the ground pattern surrounding an output end that is an end of the feed line is electrically separated from the output end, It is formed to have a portion opened at a predetermined width in the output end direction at one edge.

상기 그라운드 패턴은, 상기 오픈된 부분의 중간에서 직각 방향으로 가장자리까지 다른 오픈된 부분을 가질 수 있다.The ground pattern may have another opened portion from the middle of the opened portion to the edge in the perpendicular direction.

상기 하이브리드 패치 안테나는 다이버시티 안테나 또는 MIMO 형태 안테나에 적용될 수 있다.The hybrid patch antenna may be applied to a diversity antenna or a MIMO type antenna.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 안테나는, 유전체 블록의 상부면에 전도성 방사체 패치 패턴을 포함하고, 상기 유전체 블록의 하부면에 그라운드 패턴을 포함하며, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되는 입출력 신호라인을 포함하는 하이브리드 패치 안테나; 및 동축 케이블을 포함하고, 상기 입출력 신호라인을 상기 동축 케이블의 신호선에 연결시키고, 상기 그라운드 패턴을 상기 동축 케이블의 그라운드선에 연결시킨 것을 특징으로 한다.In addition, the antenna according to another aspect of the present invention, the upper surface of the dielectric block includes a conductive radiator patch pattern, the lower surface of the dielectric block includes a ground pattern, the input and output is electrically coupled with the conductive radiator patch pattern A hybrid patch antenna including a signal line; And a coaxial cable, wherein the input / output signal line is connected to the signal line of the coaxial cable, and the ground pattern is connected to the ground line of the coaxial cable.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 안테나는, 유전체 블록의 상부면에 전도성 방사체 패치 패턴을 포함하고, 상기 유전체 블록의 하부면에 그라운드 패턴을 포함하며, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되는 입출력 신호라인을 포함하는 하이브리드 패치 안테나; 상기 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치되며, 상기 입출력 신호라인에 연결되는 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결되는 그라운드 패턴을 갖는 일반 하드 PCB 또는 FPCB; 및 신호선을 피복한 면에 그라운드선을 가지며, 상기 신호선은 상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 신호선 패턴에 연결되고, 상기 그라운드선은 상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 그라운드 패턴에 연결된 동축 케이블을 포함한다.In addition, the antenna according to another aspect of the present invention, the upper surface of the dielectric block includes a conductive radiator patch pattern, the lower surface of the dielectric block includes a ground pattern, the input and output is electrically coupled with the conductive radiator patch pattern A hybrid patch antenna including a signal line; A general hard PCB or FPCB disposed below the hybrid patch antenna and having a signal line pattern connected to the input / output signal line and a ground pattern connected to the ground pattern; And a ground line on the surface covering the signal line, wherein the signal line is connected to a signal line pattern of the general hard PCB or FPCB, and the ground line includes a coaxial cable connected to the ground pattern of the general hard PCB or FPCB.

상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 신호선 패턴은 비아홀을 통하여 반대면에 형성된 다른 신호선 패턴과 연결된다. The signal line pattern of the general hard PCB or FPCB is connected to another signal line pattern formed on the opposite surface through a via hole.

상기 동축 케이블의 그라운드선이 일부분에서 외부의 그라운드면과 단락되도록 클램핑될 수 있다.The ground line of the coaxial cable may be clamped to short-circuit the outer ground plane at a portion.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 안테나는, 유전체 블록의 상부면에 전도성 방사체 패치 패턴을 포함하고, 상기 유전체 블록의 하부면에 그라운드 패턴을 포함하며, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되는 입출력 신호라인을 포함하는 하이브리드 패치 안테나; 상기 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치되며, 상기 입출력 신호라인에 연결되는 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결되는 그라운드 패턴(상기 그라운드 패턴은 중앙의 상기 신호선 패턴과 분리되어 양측에 형성됨)을 갖는 일반 하드 PCB 또는 FPCB; 및 상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 상기 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴 사이에 연결된 집중 정수 소자, 또는 분포 정수 소자를 포함한다.In addition, the antenna according to another aspect of the present invention, the upper surface of the dielectric block includes a conductive radiator patch pattern, the lower surface of the dielectric block includes a ground pattern, the input and output is electrically coupled with the conductive radiator patch pattern A hybrid patch antenna including a signal line; A general hard PCB disposed below the hybrid patch antenna and having a signal line pattern connected to the input / output signal line and a ground pattern connected to the ground pattern (the ground pattern is formed on both sides of the signal line pattern in the center). Or FPCB; And a concentrated integer element or a distributed integer element connected between the signal line pattern and the ground pattern of the general hard PCB or FPCB.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 안테나는, 유전체 블록의 상부면에 전도성 방사체 패치 패턴을 포함하고, 상기 유전체 블록의 하부면에 그라운드 패턴을 포함하며, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되는 입출력 신호라인을 포함하는 하이브리드 패치 안테나; 상기 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치되며, 상기 입출력 신호라인에 연결되는 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결되는 그라운드 패턴(상기 그라운드 패턴은 중앙의 상기 신호선 패턴과 분리되어 양측에 형성됨)을 갖는 일반 하드 PCB 또는 FPCB; 및 전기적으로 분리된 두 접속 포인트를 갖는 RF 커넥터를 포함하고, 상기 RF 커넥터의 상기 두 접속 포인트가 하나씩 상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 상기 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결된다.In addition, the antenna according to another aspect of the present invention, the upper surface of the dielectric block includes a conductive radiator patch pattern, the lower surface of the dielectric block includes a ground pattern, the input and output is electrically coupled with the conductive radiator patch pattern A hybrid patch antenna including a signal line; A general hard PCB disposed below the hybrid patch antenna and having a signal line pattern connected to the input / output signal line and a ground pattern connected to the ground pattern (the ground pattern is formed on both sides of the signal line pattern in the center). Or FPCB; And an RF connector having two connection points electrically separated, wherein the two connection points of the RF connector are connected one by one to the signal line pattern and the ground pattern of the general hard PCB or FPCB.

또한, 본 발명의 다른 일면에 따른 안테나는, 유전체 블록의 상부면에 전도성 방사체 패치 패턴을 포함하고, 상기 유전체 블록의 하부면에 그라운드 패턴을 포함하며, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되는 입출력 신호라인을 포함하는 하이브리드 패치 안테나; 상기 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치되며, 상기 입출력 신호라인에 연결되는 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결되는 그라운드 패턴(상기 그라운드 패턴은 중앙의 상기 신호선 패턴과 분리되어 양측에 형성됨)을 갖는 일반 하드 PCB 또는 FPCB; 및 상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 상기 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴 중 어느 하나 이상에 각각 연결된 전도성 C-클립을 포함한다.In addition, the antenna according to another aspect of the present invention, the upper surface of the dielectric block includes a conductive radiator patch pattern, the lower surface of the dielectric block includes a ground pattern, the input and output is electrically coupled with the conductive radiator patch pattern A hybrid patch antenna including a signal line; A general hard PCB disposed below the hybrid patch antenna and having a signal line pattern connected to the input / output signal line and a ground pattern connected to the ground pattern (the ground pattern is formed on both sides of the signal line pattern in the center). Or FPCB; And conductive C-clips connected to at least one of the signal line pattern and the ground pattern of the general hard PCB or FPCB, respectively.

본 발명에 따르면, 메인 안테나와 8dB이상의 충분한 아이솔레이션을 확보하기 위해 사용되는 다이버시티 안테나로서 700MHz 주파수에서 60MHz이상의 광대역 특성을 가지며 통과 대역 내에서 이득 평탄도가 1dBi수준을 갖고 소형화를 위하여 전기적 길이가 λ/4를 갖는 직선편파의 광대역 마이크로 스트립 패치 안테나를 제공할 수 있다.According to the present invention, a diversity antenna used to secure sufficient isolation of the main antenna with 8 dB or more, has a broadband characteristic of 60 MHz or more at a frequency of 700 MHz, gain flatness of 1 dBi in the pass band, and an electrical length of λ for miniaturization. It is possible to provide a linearly polarized wideband micro strip patch antenna having / 4.

나아가서 전기적 길이가 λ/4이므로 안테나 사이즈도 주파수를 결정하는 물리적 길이 방향으로 5~20mm이하로 소형화가 가능하며 안테나 사이즈를 20mm 이하로 작게 설계하는 경우에도 유전체 품질 계수가 높은 er60(Q*f 6000)이나 er45(Q*f 40000) 유전체 세라믹을 사용할 수 있으며 안테나 이득도 기존의 패치 안테나와 대비하여 2dBi이상 높아진다.Furthermore, since the electrical length is λ / 4, the antenna size can be miniaturized to 5-20mm or less in the physical length direction that determines the frequency.Er60 (Q * f 6000) has a high dielectric quality factor even when the antenna size is designed to 20mm or less. ) Or er45 (Q * f 40000) dielectric ceramics, and antenna gain is more than 2dBi over conventional patch antennas.

또한 700MHz 주파수 대역에서 일반 패치 안테나보다 대역폭을 6배이상 갖는 60MHz 이상의 밴드폭(Bandwidth) 구현이 가능하며 대역폭내의 안테나 이득의 평탄도도 패치 안테나가 2~3dBi 이상인 반면 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나는 1dBi 이내로 균일한 이득 평탄도(ripple) 특성을 가지므로 단말기의 주파수 채널별 수신 신호 세기 편차를 줄일 수 있다.In addition, in the 700 MHz frequency band, a bandwidth of 60 MHz or more having a bandwidth six times higher than that of a general patch antenna can be realized. It has a uniform gain flatness (ripple) within 1dBi, it is possible to reduce the variation of the received signal strength for each frequency channel of the terminal.

도 1은 종래기술의 마이크로스트립 패치 안테나를 나타낸다.
도 2는 종래의 마이크로스트립 패치 안테나의 실시예와 그에 따른 안테나 특성을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제1 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제2 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 5는 동일한 유전체를 사용하는 경우에 기존 패치 안테나와 본 발명에 따른 안테나의 특성을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제3 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 그라운드 연결라인 구현시의 안테나 파형 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 실시예의 안테나에 대한 안테나 파형 그래프를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제4 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제5 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제6 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제7 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 13은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제8 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제9 실시예에 대한 개략적인 모습을 나타낸다.
도 15는 본 발명에 따른 상기 실시예들을 실제 구현한 형태와 그에 대한 안테나 특성을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명에 따른 상기 실시예들을 단말기에 실제 구현한 형태와 그에 대한 안테나의 아이솔레이션 특성을 나타내는 그래프이다.
도 17a는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 동축 케이블을 연결한 구조를 측면에서 본 그림을 나타낸다.
도 17b는 도 17a의 구조를 밑에서 본 그림을 나타낸다.
도 18a는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 PCB를 배치하고, PCB에 동축 케이블을 연결한 구조의 위에서 본 그림이다.
도 18b는 도 18a에서 PCB에 형성된 패턴을 나타내는 그림이다.
도 18c는 도 18b의 PCB의 하부 패턴을 나타내는 그림이다.
도 19a는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 동축 케이블 형태의 패턴을 갖는 FPCB를 배치하고, FPCB 패턴에 집중정수소자 등을 연결한 구조의 밑에서 본 그림이다.
도 19b는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 동축 케이블 형태의 패턴을 갖는 FPCB를 배치하고, FPCB 패턴에 RF 커넥터를 연결한 구조의 밑에서 본 그림이다.
도 19c는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 동축 케이블 형태의 패턴을 갖는 FPCB를 배치하고, FPCB 패턴에 C-클립을 연결한 구조의 밑에서 본 그림이다.
도 20은 하이브리드 패치 안테나로 secondary 안테나를 구현했을 때 메인 안테나와의 Isolation 특성을 설명하기 위한 그래프이다.1 shows a microstrip patch antenna of the prior art.
2 illustrates an embodiment of a conventional microstrip patch antenna and antenna characteristics thereof.
3 shows a schematic view of a first embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
4 shows a schematic view of a second embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
5 is a graph comparing characteristics of an existing patch antenna and an antenna according to the present invention when using the same dielectric.
6 shows a schematic view of a third embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
7 is a graph illustrating antenna waveform changes when the ground connection line is implemented according to the present invention.
8 shows an antenna waveform graph for an antenna of an embodiment according to the present invention.
9 shows a schematic view of a fourth embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
10 shows a schematic view of a fifth embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
11 shows a schematic view of a sixth embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
12 shows a schematic view of a seventh embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
13 shows a schematic view of an eighth embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
14 shows a schematic view of a ninth embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.
15 is a graph showing an embodiment of the embodiments and the antenna characteristics thereof according to the present invention.
FIG. 16 is a graph showing an embodiment in which the embodiments according to the present invention are actually implemented in a terminal and an isolation characteristic of an antenna thereof. FIG.
FIG. 17A illustrates a side view of a structure in which a coaxial cable is connected to a lower portion of a hybrid patch antenna as another embodiment of the present invention.
FIG. 17B shows the structure of FIG. 17A seen from below. FIG.
FIG. 18A is a view of a structure in which a PCB is disposed below the hybrid patch antenna and a coaxial cable is connected to the PCB as another embodiment of the present invention.
18B is a diagram illustrating a pattern formed on the PCB in FIG. 18A.
FIG. 18C is a diagram illustrating a bottom pattern of the PCB of FIG. 18B.
FIG. 19A is a view of a structure in which an FPCB having a coaxial cable-shaped pattern is disposed below the hybrid patch antenna and a lumped constant element is connected to the FPCB pattern as another embodiment of the present invention.
FIG. 19B illustrates another embodiment of the present invention in which a FPCB having a coaxial cable-shaped pattern is disposed below the hybrid patch antenna and an RF connector is connected to the FPCB pattern.
FIG. 19C illustrates another embodiment of the present invention, where a FPCB having a coaxial cable-shaped pattern is disposed below the hybrid patch antenna and a C-clip is connected to the FPCB pattern.
20 is a graph illustrating isolation characteristics with a main antenna when a secondary antenna is implemented as a hybrid patch antenna.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

본 발명은 휴대폰, 휴대용 USB 모뎀 또는 무선 동글 등의 휴대용 무선 통신 단말기에 장착되는 다이버시티 안테나로서의 하이브리드 패치 안테나로서, 무선 단말기 본체 안에 내장되고 단말기의 송수신 기능에 이용되는 직선편파 특성의 제1 안테나인 메인 안테나와 이격되어 상기 단말기 본체 안에 내장되며 단말기의 다이버시티 수신 혹은 송신 기능에 이용되는 제2 안테나인 다이버시티 안테나를 포함하고, 직선편파 특성을 갖고 안테나 이득이 향상된 광대역 주파수 송수신용의 마이크로스트립 패치 안테나이다.The present invention relates to a hybrid patch antenna as a diversity antenna mounted on a portable wireless communication terminal such as a mobile phone, a portable USB modem, or a wireless dongle. A microstrip patch for wideband frequency transmission and reception, including a diversity antenna, which is a second antenna which is spaced apart from the main antenna and is embedded in the main body of the terminal and is used for the diversity reception or transmission function of the terminal. Antenna.

본 발명에 따른 안테나는 안테나의 표면 전류 특성과 전기적 길이 및 대역폭이 기존 패치 안테나와 차이를 나타내므로 본 발명에 따른 안테나를 이하에서는 하이브리드 패치 안테나로 명명하기로 한다.Since the antenna according to the present invention exhibits a difference in surface current characteristics, electrical length, and bandwidth from the existing patch antenna, the antenna according to the present invention will be referred to as a hybrid patch antenna hereinafter.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제1 실시예에 대한 개략적인 모습을 도시한다. 도 3, 도 4, 도 9 내지 도 14의 각각의 그림에서, 맨위의 그림은 위에서 본 그림, 중간의 그림은 단면 그림, 맨 아래의 그림은 밑에서 본 그림을 개략적으로 도시한 도면이다.3 shows a schematic view of a first embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention. In each of Figs. 3, 4 and 9-14, the top picture is a top view, the middle is a cross-sectional view, and the bottom is a schematic view of the bottom view.

도 3의 (a)의 본 발명에 따른 피딩 핀(feeding pin) 방식의 하이브리드 패치 안테나에서, 유전체 블록의 상단면에 전도성 방사체 패치 패턴이 형성되어 있고, 유전체 블록의 하단면에 그라운드 패턴이 형성되어 있으며, 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합된 급전라인이 비아홀을 통해 상기 유전체 블록의 상부면으로부터 하부면으로 관통하여 상기 유전체 블록의 하단까지 연장된다. 여기서 유전체 블록의 하부면에 위치한 그라운드 패턴은 2개 이상의 조각으로 분리하여 형성되어 있으며, 급전라인의 단부인 출력단은 두 그라운드 패턴 사이에 형성된다. 이에 따라 λ/4의 전기적 길이를 갖게 되며 안테나의 물리적 길이(안테나 size)를 기존 패치 안테나 대비 50%이상 줄일 수 있고 통과 대역폭 증과와 안테나 이득을 개선할 수 있다. In the hybrid patch antenna of the feeding pin method according to the present invention of Figure 3 (a), the conductive radiator patch pattern is formed on the top surface of the dielectric block, the ground pattern is formed on the bottom surface of the dielectric block And a feed line electrically coupled with the conductive radiator patch pattern extends through the via hole from the top surface to the bottom surface of the dielectric block to the bottom of the dielectric block. Here, the ground pattern located on the lower surface of the dielectric block is formed by dividing into two or more pieces, and the output end, which is an end of the feed line, is formed between the two ground patterns. As a result, it has an electrical length of λ / 4, and the physical length (antenna size) of the antenna can be reduced by more than 50% compared to the existing patch antenna, and the passband increase and the antenna gain can be improved.

629MHz 중심 주파수를 갖는 패치 안테나를 구현하기 위하여 유전율 60 재료를 사용하고 안테나 폭을 10mm로 정하여 일반 패치 안테나로 구현하면 패치 안테나의 물리적 길이를 15mm이하로 줄일 수 있다.In order to implement a patch antenna having a center frequency of 629MHz, using a dielectric constant 60 material and setting the antenna width to 10mm, the patch antenna can be shortened to 15mm or less by using a general patch antenna.

또한 한 몸체로 듀얼밴드(dualband) 구현이 가능한데 패치 안테나의 최상단에 위치한 전도성 방사체 패치 패턴의 가로, 즉 장축 패턴의 길이를 조절하여 700MHz 주파수 대역을 구현하고, 전도성 방사체 패치 패턴의 세로, 즉 단축 패턴의 길이를 조절하여 2000MHz 주파수 대역을 구현할 수 있다.In addition, it is possible to realize a dual band as one body. The width of the conductive radiator patch pattern located at the top of the patch antenna is adjusted to realize a 700 MHz frequency band, and the vertical or shortened pattern of the conductive radiator patch pattern is adjusted. The 2000MHz frequency band can be realized by adjusting the length of.

여기서 안테나 폭은 4~10mm 정도로 가능하지만 폭이 좁아지는만큼 부분적으로 안테나 이득이 저하되거나 밴드(band) 대역폭이 좁아지는 현상이 있다. In this case, the antenna width may be about 4 to 10 mm, but as the width is narrowed, the antenna gain is partially lowered or the band bandwidth is narrowed.

일반 패치 안테나에서 안테나를 소형화시키는 방법으로 최상단의 전도성 방사체 패치 패턴과 안테나 최하단의 그라운드 패턴을 일부 쇼트(short)시켜서 λ/4의 전기적 길이를 구현하여 안테나를 소형화시키는 방법이 있으나 이와 같은 경우에 통과 대역폭 축소와 안테나 이득이 λ/2를 갖는 기존 패치 안테나 대비 -2dBi이상 감소하지만 본 발명에 따른 안테나는 기존 λ/4 전기적 길이를 갖는 패치 안테나의 단점을 해결하면서 안테나 이득 향상과 통과 대역폭을 확대시킬 수 있는 장점을 가진다.As a method of miniaturizing the antenna in a general patch antenna, there is a method of miniaturizing the antenna by implementing an electrical length of λ / 4 by shortening the conductive conductive patch pattern at the uppermost part and the ground pattern at the lowermost part of the antenna. Bandwidth reduction and antenna gain are reduced by more than -2dBi compared to the conventional patch antenna with λ / 2, but the antenna according to the present invention solves the disadvantages of the patch antenna with the conventional λ / 4 electrical length while increasing the antenna gain and passing bandwidth. Has the advantage.

나아가서 도 3의 (b)는 본 발명에 따른 도 3의 (a)에 도시된 안테나에서, 안테나 최하단에서 두 그라운드 패턴 사이에 급전 라인과 연결된 입출력 신호 라인을 형성하여 그라운드 패턴과 입출력 신호 라인간의 입출력 용량값(capacitance)를 키워서 안테나 이득 개선, 매칭, 공진 주파수 조절을 가능하게 할 수 있는 구조이다.Furthermore, FIG. 3B illustrates an input / output signal line connected to a power supply line between two ground patterns at the bottom of the antenna in the antenna shown in FIG. 3A according to the present invention, thereby providing input / output between the ground pattern and the input / output signal line. It is a structure that can improve antenna gain, matching, and resonant frequency control by increasing capacitance.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제2 실시예에 대한 개략적인 모습을 도시한다.4 shows a schematic view of a second embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.

도 4의 제2 실시예는 SMD가 가능한 안테나로서 전도성핀 대신 유전체 블록의 측면으로 전도성 방사체 패치 패턴과 연결된 급전라인을 구성하여 최하단의 입출력 신호 라인과 연결되도록 할 수 있는데, 도 3의 제1 실시예와 유사하게 최하단에 위치한 그라운드 패턴을 2개 이상의 조각으로 분리하여 형성하여 λ/4의 전기적 길이를 가지며 향상된 통과 대역폭과 이득을 갖는 구조이다.In the second embodiment of FIG. 4, an SMD-enabled antenna may form a feed line connected to a conductive radiator patch pattern on a side of a dielectric block instead of a conductive pin so as to be connected to a lowermost input / output signal line. Similar to the example, the lowermost ground pattern is formed by dividing into two or more pieces to have an electrical length of λ / 4 and an improved passband and gain.

도 5는 동일한 유전체를 사용하는 경우에 기존 패치 안테나와 본 발명에 따른 안테나의 주파수-이득 특성을 비교한 그래프이다.Figure 5 is a graph comparing the frequency-gain characteristics of the conventional patch antenna and the antenna according to the present invention when using the same dielectric.

기존 패치 안테나로는 상기 도 1 및 도 2의 실시예의 안테나로 유전율은 60이고, 안테나 사이즈는 20*10*4mm이며 전기적 길이는 λ/2로서 중심 주파수는 1460MHz로 측정되었다.Conventional patch antennas have the dielectric constant of 60, the antenna size of 20 * 10 * 4mm, the electrical length of λ / 2, and the center frequency of 1460MHz.

본 발명에 따른 안테나로는 상기 도 3 및 도 4의 실시예의 안테나로 유전율은 60이고 안테나 사이즈는 20*10*4mm이며 전기적 길이는 λ/4로서 중심 주파수는 629MHz로 측정되었다.3 and 4, the antenna has a dielectric constant of 60, an antenna size of 20 * 10 * 4mm, an electrical length of λ / 4, and a center frequency of 629MHz.

도 5의 그래프에서 측정된 629MHz 대역을 구현하기 위해서는 종래의 일반 패치 안테나는 물리적 길이가 약 30mm정도 더 길어져야 하며, 도 5의 그래프에서 종래 일반 패치 안테나의 통과 대역폭이 넓게 보이지만 일반적으로 패치 안테나는 1.5GHz 대비 629MHz에서 공진 주파수를 갖게 설계하는 경우에 통과 대역폭이 1/3로 줄어들게 되므로 본 발명에 따른 안테나는 종래 일반 패치 안테나와 대비하여 통과 대역폭이 넓어진 특성을 갖게 된다.In order to realize the 629 MHz band measured in the graph of FIG. 5, the conventional general patch antenna needs to have a physical length of about 30 mm longer. In the graph of FIG. 5, the pass bandwidth of the conventional general patch antenna is wide, but the patch antenna is generally Since the passband is reduced to 1/3 when the resonance frequency is designed at 629 MHz compared to 1.5 GHz, the antenna according to the present invention has a wider passband than the conventional general patch antenna.

이와 같이 도 3 및 도 4의 본 발명에 따른 안테나를 구현하여 소형화가 가능하고 통과 대역폭도 기존 패치 안테나 대비 향상이 가능하지만 LTE와 같이 20MHz이상의 통과 대역폭이 필요한 경우에는 통과 대역폭이 부족하다. 따라서 보다 넓은 통과 대역폭을 갖도록 개선하기 위하여 본 발명에서는 안테나의 유전체 블록 하부면의 그라운드 패턴들을 전도성 라인, 즉 그라운드 접속 라인으로 연결시켜 주어 대역폭을 증가시키는데, 도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제3 실시예에 대한 개략적인 모습을 도시하며, 도 6에 도시된 바와 같이 유전체의 하단면에 위치한 2개의 조각으로 분리된 그라운드 패턴들을 그라운드 접속 라인으로 연결시켰으며, 도 7은 본 발명에 따른 그라운드 연결라인 구현시의 안테나 주파수-이득 특성의 파형 변화를 나타내는 그래프로서, 도 7의 (a)는 그라운드 연결 라인을 구현한 안테나의 특성 그래프를 나타내고 도 7의 (b)는 그라운드 연결 라인을 구현하지 않은 안테나와 대비한 안테나의 특성 비교 그래프이다.As described above, the antenna according to the present invention of FIGS. 3 and 4 can be miniaturized and the passband can be improved compared to the existing patch antenna, but the passband is insufficient when a passband of 20 MHz or more is required, such as LTE. Therefore, in order to improve to have a wider passband, the present invention increases the bandwidth by connecting the ground patterns of the lower surface of the dielectric block of the antenna to a conductive line, that is, a ground connection line. 6 shows a schematic view of a third embodiment, and as shown in FIG. 6, two pieces of ground patterns separated on the bottom surface of the dielectric are connected by ground connection lines, and FIG. 7 is according to the present invention. 7A is a graph showing the waveform change of the antenna frequency-gain characteristics when the ground connection line is implemented, and FIG. 7A shows a characteristic graph of the antenna implementing the ground connection line, and FIG. 7B shows the ground connection line. This is a graph comparing the characteristics of an antenna compared to an antenna that is not.

도 7의 그래프에서 보는 바와 같이 중심 주파수 주위에 2개의 공진 주파수가 나타나고 각각의 공진 주파수의 통과 대역폭이 최소 2배 이상 증가하였음을 알 수 있다. 여기서 전도성 접속 라인은 공진 주파수를 2개로 분리시키고 통과 대역폭을 넓혀 주는 역할을 하게 된다.As shown in the graph of FIG. 7, two resonance frequencies appear around the center frequency, and it can be seen that the pass bandwidth of each resonance frequency is increased by at least two times. Here, the conductive connection line separates the resonant frequency into two and serves to widen the passband.

또한 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 그라운드 패턴을 연결시켜주는 전도성 접속 라인을 부분적으로 제거하여 2개의 그라운드 패턴들을 부분적으로 개방(open)시키더라도 동일한 특성을 갖게 되며 이를 통해 공진 주파수 조절이 가능하다.In addition, as shown in FIG. 6C, the conductive connection lines connecting the ground patterns are partially removed to partially open the two ground patterns, thereby maintaining the same characteristics. It is possible.

나아가서 본 발명에 따른 안테나의 구현시에 유전율을 60으로하고 안테나의 사이즈를 20*10*2mm로 구현하는 경우에 도 8과 같은 안테나 주파수-이득 특성의 파형 그래프가 나타났으며, 이때 통과 대역은 746~895MHz으로 140MHz의 통과 대역폭을 갖으며 전기적 길이가 λ/4인 광대역 패치 안테나를 구현할 수 있다.Furthermore, when implementing the antenna according to the present invention, when the dielectric constant is 60 and the antenna size is 20 * 10 * 2mm, the waveform graph of the antenna frequency-gain characteristic is shown as shown in FIG. A wideband patch antenna with an electrical length of λ / 4 can be implemented with a passband of 140MHz from 746 to 895MHz.

도 9는 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제4 실시 예에 대한 개략적인 모습을 도시한다.9 shows a schematic view of a fourth embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.

도 9에 도시된 본 발명에 따른 제4 실시예는 직접 급전 방식이 아닌 간접 급전 방식으로서, 전도성 방사체 패치 패턴이 급전 라인과 소정 간격 이격되도록 본 발명에 따른 안테나를 구현한 실시예로서, 도 9의 (a)는 상기 도 3의 실시예를 간접 급전 방식으로 구현한 것이며, 도 9의 (b)는 상기 도 4의 실시예를 간접 급전 방식으로 구현한 것이다.The fourth embodiment according to the present invention shown in FIG. 9 is an indirect feeding method, not a direct feeding method, and an embodiment of the antenna according to the present invention so that the conductive radiator patch pattern is spaced apart from the feeding line by a predetermined interval. (A) illustrates the embodiment of FIG. 3 in an indirect power feeding method, and FIG. 9 (b) illustrates the embodiment of FIG. 4 in an indirect power feeding method.

도 10은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제5 실시예에 대한 개략적인 모습을 도시한다.10 shows a schematic view of a fifth embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.

도 10의 (a) 안테나는, 상하로 제1안테나(제1 유전체블록과 제1 전도성 방사체 패치 패턴)와 제2안테나(제2 유전체블록과 제2 전도성 방사체 패치 패턴)의2개의 안테나를 겹쳐서 듀얼밴드(Dualband) 또는 트리플밴드(Tripleband) 안테나와 같이 멀티 밴드 안테나를 구현하기 위한 스택 패치(stacked patch) 안테나 구조이고, 여기서 안테나의 하단면의 형태는 상기 도 3 및 도 4의 실시예에 도시된 안테나의 구조와 유사하며 동일한 전기적 특성을 갖는다. 예를 들어, 그라운드 패턴의 위로 순차적으로 유전체 블록과 전도성 방사체 패치 패턴을 교번 적층하여 복수(예를 들어 2개)의 유전체 블록과 복수(예를 들어 2개)의 전도성 방사체 패치 패턴이 포함된 스택(stacked) 구조로 하이브리드 패치 안테나를 구성할 수 있고, 이때, 급전 라인은 복수의 전도성 방사체 패치 패턴 중 가장 위의 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되어 복수의 유전체 블록 중 가장 아래의 유전체 블록의 하단까지 연장되도록 한다. 여기서 유전체 블록들 중 어느 하나로 1~5 사이의 낮은 유전율을 갖는 유전체 재료를 이용할 수 있다. 도 10의 (b)에 도시된 안테나는 스택 패치 안테나 구조에서 상단에 위치한 패치1의 안테나 이득을 개선하기 위하여, 그라운드 패턴의 위로 순차적으로 적층한 유전체 블록과 전도성 방사체 패치 패턴의 위로 에어 갭(gap)을 두고, 상기 에어 갭 위로 순차적으로 적층한 다른 유전체 블록과 전도성 방사체 패치 패턴이 포함된 스택(stacked) 구조로 구성될 수 있다. 여기서, 급전 라인은 가장 위의 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되어 가장 아래의 유전체 블록의 하단까지 연장될 수 있다. 이와 같이상단 안테나(제1 유전체블록과 제1 전도성 방사체 패치 패턴)와 하단 안테나(제2 유전체블록과 제2 전도성 방사체 패치 패턴) 사이에 에어 갭(air gap)을 형성하는 구조로 구성될 수 있으며 조립을 할 수 있도록 유전율 1의 폼(foam)을 사용하거나 1~5 사이의 낮은 유전율을 갖는 유전체 재료를 사용하여 갭을 채울 수 있는 구조이며 필요에 따라서 에어 갭 상하단면에 위치한 전도성 방사체 패치 패턴중의 한개를 제거하여 특성 구현이 가능하다. 즉 상단 패치 안테나의 하부에 위치한 바닥면 전도체 혹은 하단면 패치 안테나의 상부에 위치한 상부 전도성 방사체 중에서 한가지를 제거할 수 있다. (A) The antenna of FIG. 10 overlaps two antennas of a first antenna (a first dielectric block and a first conductive radiator patch pattern) and a second antenna (a second dielectric block and a second conductive radiator patch pattern) up and down. A stacked patch antenna structure for implementing a multi-band antenna such as a dual band or triple band antenna, wherein the shape of the bottom surface of the antenna is shown in the embodiments of FIGS. 3 and 4. The structure is similar to that of an antenna and has the same electrical characteristics. For example, a stack containing a plurality of (for example two) dielectric blocks and a plurality of (for example two) conductive emitter patch patterns by sequentially stacking the dielectric block and the conductive radiator patch pattern over the ground pattern. The hybrid patch antenna may be configured as a stacked structure, wherein the feed line is electrically coupled with the conductive radiator patch pattern at the top of the plurality of conductive radiator patch patterns to form a bottom of the dielectric block at the bottom of the plurality of dielectric blocks. To extend. Here, any one of the dielectric blocks may use a dielectric material having a low dielectric constant between 1 and 5. The antenna shown in FIG. 10 (b) has an air gap above the conductive radiator patch pattern and the dielectric block sequentially stacked above the ground pattern to improve the antenna gain of Patch 1 located at the top of the stack patch antenna structure. ) And a stacked structure including another dielectric block and a conductive radiator patch pattern sequentially stacked on the air gap. Here, the feed line may be electrically coupled with the top conductive radiator patch pattern to extend to the bottom of the bottom dielectric block. As described above, the structure may form an air gap between the upper antenna (the first dielectric block and the first conductive radiator patch pattern) and the lower antenna (the second dielectric block and the second conductive radiator patch pattern). It is a structure that can fill the gap by using a dielectric constant 1 foam or low dielectric constant material of 1 to 5 for assembly. It is possible to implement the property by removing one of. That is, one of the bottom conductor located below the top patch antenna or the top conductive radiator located above the bottom patch antenna may be removed.

도 10의 (c)에 도시된 안테나는 도 10의 (a)와 유사한 구조에서 하단 패치 안테나를 상기 도 4의 SMD 안테나 구조(급전 라인이 유전체 블록의 측면으로 연장됨)로 변형하였으며 전기적 특성을 동일하다.In the antenna shown in (c) of FIG. 10, the lower patch antenna is transformed into the SMD antenna structure of FIG. 4 (the feed line extends to the side of the dielectric block) in the structure similar to that of FIG. Do.

도 11은 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제6 실시예에 대한 개략적인 모습을 도시한다.11 shows a schematic view of a sixth embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.

도 10의 안테나에서 2개의 그라운드 패턴을 상기 도 6의 실시예와 같이 그라운드 접속 라인으로 연결한 구조이며, 전기적 특성은 상기 도 6의 실시예에 따른 안테나와 동일한 특성을 갖는 스택 구조의 안테나이다.In the antenna of FIG. 10, two ground patterns are connected to each other by a ground connection line as in the embodiment of FIG. 6, and electrical characteristics are antennas of a stack structure having the same characteristics as those of the antenna of FIG. 6.

도 12는 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제7 실시예에 대한 개략적인 모습을 도시한다.12 shows a schematic view of a seventh embodiment of a hybrid patch antenna according to the present invention.

상기 도 11의 실시예에서 안테나 이득 개선과 공간적인 제약이 되는 경우에 단말기의 측면을 이용하기 위하여 그라운드 연결 라인과 90도 정도의 각을 이루는 안테나 하단부에 철판과 같은 얇은 전도체판으로 전도성 그라운드 면을 추가한 구조로써 전기적 특성은 상기 도 6의 실시예와 같은 특성을 갖고 추가된 그라운드 패턴의 길이를 조정하여 공진 주파수 조정과 매칭을 할 수 있으며, 동일한 공진 주파수를 구현시 추가된 그라운드면의 길이를 길게 하면 패치 안테나의 사이즈를 추가로 축소할 수도 있다.In the embodiment of FIG. 11, the conductive ground plane is formed of a thin conductor plate such as an iron plate at the bottom of the antenna that forms an angle of about 90 degrees with the ground connection line in order to use the side of the terminal when the antenna gain is improved and space is restricted. As an added structure, the electrical characteristics may have the same characteristics as those of the embodiment of FIG. 6 and may be matched with the resonance frequency adjustment by adjusting the length of the added ground pattern, and the length of the ground plane added when the same resonance frequency is realized. Increasing it further reduces the size of the patch antenna.

나아가서 도 10과 도 11의 실시예의 안테나도 이득을 개선하기 위하여 도 13의 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나의 제8 실시예와 같은 구조로 안테나 하단면에서 안테나 긴 방향으로 유전체 블록의 외부까지 그라운드 패턴과 접속된 전도체판을 연장한 구조로 구현이 가능하다.Further, the antenna of the embodiment of FIGS. 10 and 11 also has a structure similar to that of the eighth embodiment of the hybrid patch antenna according to the present invention of FIG. 13 in order to improve the gain. It can be implemented in a structure extending the conductor plate connected to.

여기서 안테나의 구조는 상기 실시예들과 같이 직사각형의 구조뿐만 아니라 기구 형상에 따라 구형이나 다각형 구조로 변형이 가능하며 본 발명에 따른 안테나의 하단의 분리된 그라운드나 입출력단도 직사각형 구조뿐만 아니라 곡면 혹은 다각형 등의 다양한 구조로 변경이 가능하다.Here, the structure of the antenna may be modified into a rectangular or polygonal structure according to the shape of the mechanism as well as the rectangular structure as in the above embodiments, and the separated ground or input / output ends of the antenna according to the present invention may be curved or polygonal as well. It is possible to change to various structures such as.

도 14는 하이브리드 패치 안테나와 달리 λ/2 전기적 길이를 갖지만 일반 패치 안테나보다 이득도 1~2dBi 향상되고 통과 대역폭을 1.5~2배이상 개선이 가능한 구조의 패치 안테나를 도시하는데, 도 14의 안테나는 상기 도 1 및 도 2의 기존 패치 안테나 구조에서 안테나 하단면으로 연장된 급전 라인의 단부인 출력단을 둘러싸고 있는 그라운드 면의 일부를 적어도 한쪽 방향으로 오픈(open)시켜서 통과 대역폭을 넓힌 구조의 안테나이다. 이와 같은 경우에 안테나 이득도 향상되고 기존 패치 안테나 대비 1.5배 이상 넓게 구현할 수 있으므로 통과 대역폭 내에서 안테나 이득의 최대와 최소 값의 편차(ripple)를 줄일 수 있다.FIG. 14 illustrates a patch antenna having a λ / 2 electrical length unlike the hybrid patch antenna, but having a gain of 1 to 2 dBi and a 1.5 to 2 times improvement in pass bandwidth compared to a general patch antenna. The antenna of FIG. In the conventional patch antenna structure of FIGS. 1 and 2, a portion of the ground surface surrounding the output end, which is an end of the feed line extending to the antenna bottom surface, is opened in at least one direction to widen the pass bandwidth. In this case, the antenna gain is also improved and can be implemented 1.5 times wider than the conventional patch antenna, thereby reducing the ripple between the maximum and minimum values of the antenna gain within the passband.

예를 들어, 도 14(a)와 같이, 유전체 블록의 상단면에 전도성 방사체 패치 패턴이 형성되어 있고, 유전체 블록의 하단면에 그라운드 패턴이 형성되어 있으며, 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합된 급전라인이 비아홀을 통해 상기 유전체 블록의 상부면으로부터 하부면으로 관통하여 상기 유전체 블록의 하단까지 연장되는 구조에서, 급전 라인의 단부인 출력단을 둘러싸고 있는 그라운드 패턴이 상기 출력단과는 전기적으로 분리되어 있으며, 일측 가장자리, 예를 들어, 가로 방향의 가장자리에서 상기 출력단 방향으로 일정폭으로 오픈된 부분을 갖도록 형성할 수 있다.For example, as shown in FIG. 14A, a conductive radiator patch pattern is formed on an upper surface of a dielectric block, a ground pattern is formed on a lower surface of a dielectric block, and is electrically connected to a conductive radiator patch pattern. In a structure in which a line penetrates through a via hole from an upper surface to a lower surface of the dielectric block and extends to a lower end of the dielectric block, a ground pattern surrounding an output terminal, which is an end of a feeding line, is electrically separated from the output terminal. It may be formed to have a portion that is open at a predetermined width in the direction of the output end from one side edge, for example, the horizontal edge.

또한, 도 14(c)와 같이, 오픈되는 방향은 세로 방향의 좌측 가장자리로 하여 그라운드 패턴이 해당 가장자리에서 상기 출력단 방향으로 일정폭으로 오픈되도록 형성할 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 14C, the opening direction may be formed as the left edge of the vertical direction so that the ground pattern is opened at a predetermined width in the direction of the output end from the corresponding edge.

또한, 도 14(d)와 같이, 오픈되는 방향은 세로 방향의 우측 가장자리로 하여 그라운드 패턴이 해당 가장자리에서 상기 출력단 방향으로 일정폭으로 오픈되도록 형성할 수도 있다.In addition, as shown in (d) of FIG. 14, the opening direction may be formed as the right edge of the vertical direction so that the ground pattern is opened at a predetermined width in the direction of the output end from the corresponding edge.

그리고, 도 14(b)와 같이, 급전 라인이 유전체 블록의 상부면으로부터 하부면으로 상기 유전체 블록의 측면을 따라 형성된 구조에서도, 급전 라인의 단부인 출력단을 둘러싸고 있는 그라운드 패턴이 상기 출력단과는 전기적으로 분리되어 있으며, 일측 가장자리에서 상기 출력단 방향으로 일정폭으로 오픈되도록 형성할 수 있다. In addition, even in a structure in which the feed line is formed along the side surface of the dielectric block from the top surface to the bottom surface of the dielectric block as shown in FIG. 14 (b), the ground pattern surrounding the output end, which is an end of the feed line, is electrically connected to the output end. It is separated, and may be formed to open at a predetermined width in the output end direction from one side edge.

이때, 이와 같은 그라운드 패턴의 오픈된 부분의 형성에 있어서, 도 14(d)와 같이, 해당 오픈된 부분의 중간에서 그 오픈된 부분과 직각 방향으로 가장자리까지 다른 오픈된 부분을 갖도록 형성하는 것도 가능하다.At this time, in the formation of the open portion of the ground pattern, as shown in Fig. 14 (d), it is possible to form so as to have another open portion from the middle of the open portion to the edge in a direction perpendicular to the open portion. Do.

도 15는 본 발명에 따른 상기 실시예들을 실제 구현한 형태와 그에 대한 안테나 방사 특성을 나타내는 그래프이다.15 is a graph showing an embodiment of the embodiments according to the present invention and the antenna radiation characteristics thereof.

도 15의 안테나는 유전율 120으로 사이즈는 25*10*4mm로서 유전체의 사이즈는 25*10*4mm이며 방사체의 사이즈는 22*10mm이다. 이와 같이 구현하면 안테나의 전기적 길이는 λ/4로서 305MHz에서 전기적 길이가 약 22.4mm가 된다. 또한 그래프에서 보는 바와 같이 통과 대역폭은 40MHz로 나타났다.The antenna of FIG. 15 has a dielectric constant of 120, a size of 25 * 10 * 4mm, a size of a dielectric of 25 * 10 * 4mm, and a size of a radiator of 22 * 10mm. In this implementation, the electrical length of the antenna is λ / 4, which is approximately 22.4 mm at 305 MHz. Also, as the graph shows, the passband is 40MHz.

도 16은 93*13mm 사이즈의 USB 동글 타입의 단말기에 장착된 하이브리드 패치 안테나와 그 주파수-이득 특성 그래프를 나타내고, 하이브리드 패치 안테나는 유전율 120으로 사이즈는 20*10*2mm로써 방사체 패치 패턴의 사이즈는 12*10mm이고, 이때 중심 주파수는 750MHz, 통과대역폭이 60MHz이며 안테나 이득은 -3~-4dBi 으로 나타났다.16 shows a hybrid patch antenna and a frequency-gain characteristic graph mounted on a terminal of a 93 * 13mm USB dongle type, and the hybrid patch antenna has a dielectric constant of 120 and a size of 20 * 10 * 2mm. At 12 * 10mm, the center frequency is 750MHz, the passband is 60MHz, and the antenna gain is -3 ~ -4dBi.

메인 안테나와 하이브리드 패치 안테나와 이격거리는 약 65mm이며 이때 메인 안테나와 하이브리드 패치 안테나의 아이솔레이션은 10.3dB (S31)로써 좁은 단말기 공간내에서 우수한 아이솔레이션 특성을 나타낸다. The separation distance between the main antenna and the hybrid patch antenna is about 65mm, and the isolation between the main antenna and the hybrid patch antenna is 10.3dB (S31), which shows excellent isolation characteristics in a narrow terminal space.

여기서 메인 안테나와 연결된 메인 pcb 그라운드면과 하이브리드 패치 안테나의 그라운드를 분리하면 아이솔레이션 특성이 향상 되고 메인 그라운드와 안테나 이격 거리가 커지면 안테나 이득도 향상된다.Here, separation of the main pcb ground plane connected to the main antenna and the ground of the hybrid patch antenna improves the isolation characteristics and increases the antenna gain as the main ground and antenna separation distance increases.

하기 [표 1]은 종래의 일반 패치 안테나와 본 발명에 따른 안테나를 대비한 것으로서, 본 발명에 따른 안테나는 전기적 길이가 λ/4이므로 안테나 사이즈도 주파수를 결정하는 길이 방향으로 5~20mm이하로 소형화가 가능하며 안테나 사이즈를 20mm이하로 작게 설계하더라도 유전체 품질 계수가 높은 유전율37(Q*f 35000),유전율45(Q*f 40000),유전율60(Q*f 6000)의 유전체 재료나 유전체 세라믹을 사용할 수 있으며, 통과 대역내의 안테나 이득도 기존 패치 안테나 이득이 -4.8~ -8.0dBi 인 반면 본 발명의 안테나 이득은 -3~-4dBi 정도로 최소 2dBi이상 우수하다.[Table 1] is a contrast between the conventional patch antenna and the antenna according to the present invention, the antenna according to the present invention has an electrical length of λ / 4, so the antenna size is also less than 5 ~ 20mm in the length direction to determine the frequency Dielectric material or dielectric ceramic with dielectric constant 37 (Q * f 35000), dielectric constant 45 (Q * f 40000) and dielectric constant 60 (Q * f 6000) with high dielectric quality factor In addition, the antenna gain in the pass band is also better than the conventional patch antenna gain of -4.8 ~ -8.0dBi while the antenna gain of the present invention is -3 ~ -4dBi at least 2dBi or more excellent.

[표 1][Table 1]

또한 700MHz 주파수 대역에서 일반 패치 안테나보다 대역폭을 6배이상 갖는 60MHz이상의 대역폭 구현이 가능하며 대역폭내의 안테나 이득의 평탄도도 종래의 일반 패치 안테나가 2~3dBi 이상인 반면 본 발명에 따른 하이브리드 패치 안테나는 1dBi 이내로 균일한 이득 평탄도 특성을 가지므로 단말기의 주파수 채널별 수신 신호 세기 편차를 줄일 수 있다.In addition, in the 700 MHz frequency band, a bandwidth of 60 MHz or more having a bandwidth six times higher than that of a general patch antenna is possible, and the flatness of the antenna gain within the bandwidth is 2 to 3 dBi or more in a conventional patch antenna, whereas a hybrid patch antenna according to the present invention is 1 dBi. Within a uniform gain flatness characteristics within the terminal can reduce the variation of the received signal strength for each frequency channel of the terminal.

이상에서 살펴본 바와 같이 휴대용 무선 단말기의 다이버시티용으로 사용되는 기존 마이크로스트립 패치 안테나는 메인 안테나 장치와의 좁은 이격 거리에서도 7dB이상 패치 안테나의 우수한 아이솔레이션(isolation) 특성을 이용하여 메인 안테나와 향상된 다이버시티 효과를 얻을 수 있고 800~900MHz 대역의 CDMA 및 750MHz 대역의 LTE와 같이 100MHz 이내로 근접 주파수 대역에 사용되는 각각의 다이버시티 안테나가 사용되는 듀얼 모드(Dual Mode) 혹은 트리플 모드(Triple Mode) 단말기에서 메인 안테나와 다이버시티 안테나간 격리도를 향상 시킬 수 있는 반면 700MHz 주파수 대역에서 전기적 길이가 λ/2로 길어서 안테나의 물리적 길이가 25mm이상으로 소형화가 어렵고 대역폭(Bandwidth)가 5MHz 이내로 좁아서 통과 대역내에서 안테나 이득 편차가 3dBi이상 발생되고 채널별 송수신 성능 차이를 발생시키는 문제가 있으므로, 본 발명에 따른 광대역 패치 안테나는 700MHz 대역에서 전기적 길이를 λ/4이하로 구현하여 물리적 길이를 10~20mm이하로 축소 가능하고 통과 대역이 최소 100MHz이상으로 기존 패치 안테나 대비 10배 이상으로 대역폭(Bandwidth)를 향상시켰으며 통과 대역 내의 안테나 이득도 100MHz 대역폭 내에서 1dBi 이내로 평탄도를 가지며 기존 패치 안테나 대비 2~3dBi이상 안테나 이득도 향상되어서 다이버시티 안테나로 적합한 특성을 나타낸다.As described above, the conventional microstrip patch antenna used for the diversity of the portable wireless terminal uses the excellent isolation characteristics of the patch antenna of 7 dB or more even at a narrow distance from the main antenna device, thereby improving diversity with the main antenna. In dual mode or triple mode handsets where effects can be achieved and each diversity antenna used in the near frequency band within 100 MHz, such as CDMA in the 800 to 900 MHz band and LTE in the 750 MHz band, is used. While the isolation between the antenna and the diversity antenna can be improved, the electrical length is λ / 2 in the 700 MHz frequency band, which makes it difficult to miniaturize the antenna to more than 25 mm and the bandwidth is narrow to within 5 MHz. Deviation occurs more than 3dBi and each channel Since there is a problem of generating a difference in reception performance, the broadband patch antenna according to the present invention implements an electrical length of λ / 4 or less in the 700 MHz band so that the physical length can be reduced to 10 to 20 mm or less, and the passband is at least 100 MHz. Bandwidth has been improved by more than 10 times compared to patch antenna, antenna gain in passband has flatness within 1dBi within 100MHz bandwidth, and antenna gain of 2 ~ 3dBi over conventional patch antenna is also improved, making it suitable for diversity antenna. Indicates.

한편, 다이버시티 안테나 또는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 안테나를 장착하는 시스템에서 원활하게 신호의 송수신 성능을 보장하기 위하여, 제1안테나(primary)(송신 또는 수신측의 메인 안테나)와 제2 안테나(secondary)(다이버시티 또는 MIMO 시스템의 수신측 서브 안테나) 사이에 상호간섭(mutual coupling) 및 관련계수(Envelope Correlation Coefficient)값이 낮아야 한다. Meanwhile, in order to smoothly transmit and receive signals in a system equipped with a diversity antenna or a multiple input multiple output (MIMO) antenna, a first antenna (main antenna on the transmitting or receiving side) and a second antenna ( Mutual coupling and envelope correlation coefficient between secondary (receive sub-antenna of diversity or MIMO system) should be low.

예를 들어, 다이버시티 안테나에서 요구되는 수신 조건으로서, 1) 메인 안테나는 single-receiver일 때와 동일하게 동작할 것, 2) 두 안테나간 이득의 차이는 6㏈보다 작을 것, 3) Envelope Correlation Coefficient(ECC)가 0.5 보다 작을 것, 4) 송신쪽에서 항상 메인 안테나를 사용할 것, 5) 안테나간 격리도(Antenna to antenna isolation)이 8㏈ 보다 클 것, 등이 요구되는 경우가 있다. For example, as a reception condition required for diversity antennas, 1) the main antenna should behave the same as when it is a single-receiver, 2) the difference in gain between the two antennas will be less than 6 dB, and 3) Envelope Correlation Coefficient (ECC) should be less than 0.5, 4) Always use the main antenna on the transmitting side, 5) Antenna to antenna isolation is greater than 8kHz, etc.

위와 같은 요구 조건 중에서 Gain(이득) 및 Bandwidth(대역폭) 등 안테나 기본적인 성능은 제외하고, 두 안테나간의 상관 관계를 표현하는 ECC를 0.5 이하로 구현하는 것이 휴대용 단말기 내에 다이버시티 안테나를 구현하는데 있어 가장 어려운 점이라 할 수 있는데, 위 조건을 만족시키기 위하여 두 안테나는 반파장 이상의 거리로 이격되어 위치하거나, 두 안테나의 편파 방향이 서로 최대한 직교를 이루도록 구성할 필요가 있다. 그러나, 예를들어, 4세대 이동 통신인 LTE의 경우 700MHz대역을 사용하는데 이때의 반파장의 길이는 400mm를 넘기도 하여 실제로 휴대용 단말기에서 두 안테나를 반파장 이상의 거리로 이격시키기 어려운 경우가 발생할 수 있다. Among the above requirements, excluding the basic performance of antennas such as Gain and Bandwidth, it is the most difficult to implement a diversity antenna in a portable terminal. In order to satisfy the above condition, the two antennas need to be spaced apart by a distance of half wavelength or more, or the polarization directions of the two antennas must be configured to be as perpendicular to each other as possible. However, for example, LTE, which is the fourth generation of mobile communication, uses a 700 MHz band, and the half-wave length may exceed 400 mm, so it may be difficult to actually separate the two antennas from the half-wavelength in the portable terminal. .

따라서, 두 개의 안테나의 편파 방향을 불일치 시키는 방법이 현실적으로 접근 가능한데, 핸드폰과 같이 단말기의 그라운드 구조가 하나의 박스 타입으로 구성된 경우가 대부분이므로, 제1 및 제2 안테나의 편파를 바꾸기가 쉽지 않은 작업이다. 하지만, 이하에서(도 17 내지 도 19 참조) 설명하는 하이브리드 패치 안테나와 동축 케이블을 결합시키는 다양한 형태를 적용하여 이를 해결할 수 있도록 하였다. 이에 따라 제1 및 제2 안테나의 방사 패턴이 서로 직교하도록 하여 낮은 ECC값을 획득하고, 제2 안테나로 사용되는 하이브리드 패치 안테나와 동축 케이블을 결합시켜 다이버시티 또는 MIMO 시스템의 환경에서 우수한 안테나 특성을 가지도록 하였다. Therefore, a method of making the polarization directions of the two antennas inconsistent is practically accessible. Since the ground structure of the terminal is mostly composed of one box type like a mobile phone, it is difficult to change the polarization of the first and second antennas. to be. However, various forms of coupling the coaxial cable with the hybrid patch antenna described below (see FIGS. 17 to 19) may be applied to solve this problem. As a result, the radiation patterns of the first and second antennas are orthogonal to each other to obtain low ECC values, and the hybrid patch antenna used as the second antenna and the coaxial cable are combined to provide excellent antenna characteristics in a diversity or MIMO system environment. To have.

도 17a는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 동축 케이블을 연결한 구조를 측면에서 본 그림을 나타낸다. 도 17b는 도 17a의 구조를 밑에서 본 그림을 나타낸다.FIG. 17A illustrates a side view of a structure in which a coaxial cable is connected to a lower portion of a hybrid patch antenna as another embodiment of the present invention. FIG. 17B shows the structure of FIG. 17A seen from below. FIG.

예를 들어, 하이브리드 패치 안테나는 위에서 기술한 바와 같이, 유전체 블록의 상부면에 전도성 방사체 패치 패턴을 포함하고, 상기 유전체 블록의 하부면에 그라운드 패턴을 포함하며, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합(직접 급전라인을 통해 직접 연결되거나 간접 급전라인을 통해 간접적으로 커플링(coupling)되는 경우를 모두 포함함)되는 입출력 신호라인을 포함하며, 동축 케이블의 신호선은 하이브리드 패치 안테나의 입출력 신호라인에 전기적으로 연결시키고, 동축 케이블의 신호선을 절연체로 피복한 면에 형성된 그라운드선은 하이브리드 패치 안테나의 그라운드 패턴과 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이때, 동축 케이블의 일부분에서 그라운드선이 외부의 그라운드면과 단락(short)되도록 클램핑(clamping)시켜 놓을 수 있다. 예를 들어, 단말기 등의 하우징 또는 세트에 설치된 소정 돌출 부재를 이용하여 상하 하우징의 체결 시 동축 케이블의 그라운드선이 하우징 또는 세트에 형성된 그라운드 면과 단락되도록 할 수 있다. For example, the hybrid patch antenna includes a conductive radiator patch pattern on the top surface of the dielectric block, a ground pattern on the bottom surface of the dielectric block, and is electrically coupled with the conductive radiator patch pattern, as described above. (Including both cases connected directly through a direct feed line or indirectly coupled through an indirect feed line), including an input / output signal line, wherein the signal line of the coaxial cable is electrically connected to the input / output signal line of the hybrid patch antenna. The ground line formed on the surface coated with the insulator covering the signal line of the coaxial cable may be electrically connected to the ground pattern of the hybrid patch antenna. In this case, a part of the coaxial cable may be clamped so that the ground line is shorted to an external ground plane. For example, when the upper and lower housings are fastened by using a predetermined protruding member installed in a housing or a set such as a terminal, the ground line of the coaxial cable may be shorted to the ground surface formed in the housing or the set.

도 17과 같이, 하이브리드 패치 안테나에 연결된 동축 케이블은 단순히 신호 전송 선로의 역할을 하는 것이 아니라 방사체로서 안테나의 기능을 보조하는 역할도 담당하게 된다. 이런 이유로 하이브리드 패치 안테나에 형성된 전도성 방사체 패치의 크기 조정을 통한 공진 주파수 튜닝이 가능할 뿐만아니라, 더불어 위와 같이 결합된 동축 케이블의 길이 조정을 통해 추가적인 공진 주파수 튜닝이 가능하게 된다. 즉, 동축 케이블의 길이 상승과 비례하여 안테나의 전기적 길이가 증가하게 되고 이는 결국 파장이 길어짐으로 이어져 추가적인 공진 주파수를 저주파 쪽으로 내릴 수 있게 된다. 일정 길이의 동축 케이블을 적용하면서도 케이블 길이 상승분 만큼 저주파 효과를 보이지 않을 수 있는데, 이는 위와 같이 동축 케이블의 일정 부분을 클램핑하여 해결될 수 있고, 이때 클램핑 부분이 하이브리드 패치 안테나에서 멀어질수록 공진 주파수를 내리며 클램핑 부분이 하이브리드 패치 안테나에 가깝게 할수록 공진 주파수를 고주파수로 올릴 수 있다. As shown in FIG. 17, the coaxial cable connected to the hybrid patch antenna not only serves as a signal transmission line but also serves to assist the antenna as a radiator. For this reason, not only the resonant frequency tuning is possible by adjusting the size of the conductive radiator patch formed in the hybrid patch antenna, but also the resonant frequency tuning is possible by adjusting the length of the coupled coaxial cable. That is, the electrical length of the antenna increases in proportion to the increase in the length of the coaxial cable, which in turn leads to an increase in the wavelength, thereby lowering the additional resonance frequency toward the lower frequency. While applying a coaxial cable of a certain length may not show a low frequency effect as much as the cable length rise, this can be solved by clamping a portion of the coaxial cable as above, wherein the resonant frequency as the clamping portion is farther from the hybrid patch antenna Lowering the closer the clamping portion to the hybrid patch antenna, the higher the resonant frequency can be.

위와 같이 하이브리드 패치 안테나에 연결된 동축 케이블이 다른 형태의 안테나에 연결된 동축 케이블과 달리 안테나로 동작하는 특징을 갖는데 이에 대한 근거는 다음과 같다. 기존에 소형화 안테나로 많이 적용되는 모노폴이나 PIFA의 경우처럼 안테나에 장착된 동축 케이블은 단말기 세트 내의 그라운드에 가려져 방사를 막을 경우 급격한 이득 저하가 발생한다. 반대로 안테나가 위치하는 부위의 그라운드 제거(Peel cut)와 유사하게 동축 케이블 부위의 세트 내 그라운드면을 오픈(open)시킬 경우 대체로 평균 이득을 2~3dBi정도 상승시킬 수 있다. 이에 따라, 도 17과 같이 하이브리드 패치 안테나에 동축 케이블을 연결시킬 경우 동축 케이블이 안테나의 일부분으로 동작하도록 할 수 있게 된다.As described above, a coaxial cable connected to a hybrid patch antenna has a feature of operating as an antenna unlike a coaxial cable connected to another type of antenna. The reason for this is as follows. As in the case of monopoles or PIFAs, which are widely used as miniaturized antennas, coaxial cables mounted on the antennas are shielded from the ground in the terminal set, and a sudden decrease in gain occurs when the radiation is prevented. Conversely, if the ground plane in the set of coaxial cable sections is opened, similar to the ground cut of the antenna location, the average gain can be increased by 2-3 dBi. Accordingly, when the coaxial cable is connected to the hybrid patch antenna as shown in FIG. 17, the coaxial cable can operate as part of the antenna.

도 18a는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 PCB를 배치하고, PCB에 동축 케이블을 연결한 구조의 위에서 본 그림이다. 도 18b는 도 18a에서 하이브리드 패치 안테나 하부의 PCB에 형성된 패턴을 나타내는 그림이다. 도 18c는 도 18b의 PCB의 하부 패턴을 나타내는 그림이다. 여기서, 패치 안테나 하부의 PCB(Printed Circuit Board)는 일반적인 하드(hard) PCB일 수도 있고, 경우에 따라서는 플렉서블(flexible) PCB일 수도 있다. FIG. 18A is a view of a structure in which a PCB is disposed below the hybrid patch antenna and a coaxial cable is connected to the PCB as another embodiment of the present invention. FIG. 18B is a diagram illustrating a pattern formed on a PCB under the hybrid patch antenna in FIG. 18A. FIG. 18C is a diagram illustrating a bottom pattern of the PCB of FIG. 18B. Here, the PCB (Printed Circuit Board) below the patch antenna may be a general hard PCB or, in some cases, may be a flexible PCB.

예를 들어, 하이브리드 패치 안테나는 위에서 기술한 바와 같이, 유전체 블록의 상부면에 전도성 방사체 패치 패턴을 포함하고, 상기 유전체 블록의 하부면에 그라운드 패턴을 포함하며, 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합(직접 급전라인을 통해 직접 연결되거나 간접 급전라인을 통해 간접적으로 커플링(coupling)되는 경우를 모두 포함함)되는 입출력 신호라인을 포함하며, 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치된 PCB 상의 신호선 패턴은 하이브리드 패치 안테나의 입출력 신호라인과 소정 전기적 연결수단(예를 들어, 실버 페이스트 등)으로 연결되고, PCB 상의 그라운드 패턴은 하이브리드 패치 안테나의 그라운드 패턴과 소정 전기적 연결수단(예를 들어, 실버 페이스트 등)으로 연결될 수 있다. 또한, 동축 케이블의 신호선은 PCB의 신호선 패턴이 하이브리드 패치 안테나의 가장자리 밖으로 연장된 면에 연결되고 동축 케이블의 신호선을 절연체로 피복한 면에 형성된 그라운드선은 PCB의 그라운드 패턴이 하이브리드 패치 안테나의 가장자리 밖으로 연장된 면에 연결될 수 있다. 경우에 따라서는 PCB의 신호선 패턴과 그라운드 패턴이 하이브리드 패치 안테나의 하부에 위치한 면에서 동축 케이블의 신호선과 그라운드선에 연결되도록 할 수도 있다. 여기서도 동축 케이블의 일부분에서 그라운드선이 외부의 그라운드면과 단락(short)되도록 클램핑(clamping)시켜 놓을 수 있고, 도 18b 및 도 18c와 같이, PCB 상의 신호선 패턴은 비아홀을 통하여 반대면에 형성된 다른 신호선 패턴과 연결되는 구조일 수 있다.For example, the hybrid patch antenna includes a conductive radiator patch pattern on the top surface of the dielectric block, a ground pattern on the bottom surface of the dielectric block, and is electrically coupled with the conductive radiator patch pattern, as described above. (Includes both cases connected directly through a direct feed line or indirectly coupled (coupling) through an indirect feed line). The input and output signal lines of the patch antenna are connected to a predetermined electrical connection means (for example, silver paste), and the ground pattern on the PCB is connected to the ground pattern of the hybrid patch antenna and the predetermined electrical connection means (for example, silver paste, etc.). Can be connected. In addition, the signal line of the coaxial cable is connected to the surface where the signal line pattern of the PCB extends out of the edge of the hybrid patch antenna, and the ground line formed on the surface of the coaxial cable that covers the signal line of the hybrid patch antenna is insulated from the edge of the hybrid patch antenna. It may be connected to the extended surface. In some cases, the signal line pattern and the ground pattern of the PCB may be connected to the signal line and the ground line of the coaxial cable at the lower surface of the hybrid patch antenna. Here too, a part of the coaxial cable may be clamped so that the ground line is shorted to an external ground plane. As shown in FIGS. 18B and 18C, the signal line pattern on the PCB may be formed on the other side through the via hole. It may be a structure connected to the pattern.

도 18과 같은 본 발명의 또 다른 실시예의 안테나 구조에서도, 하이브리드 패치 안테나 단독 구조에서의 공진 주파수 대비 더 낮은 공진 주파수 특성을 구현할 수 있게 된다.Also in the antenna structure of another embodiment of the present invention as shown in FIG. 18, it is possible to implement a lower resonance frequency characteristic than the resonance frequency in the hybrid patch antenna alone structure.

도 19a는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 동축 케이블 형태의 패턴을 갖는 FPCB를 배치하고, FPCB 패턴에 집중정수소자 등을 연결한 구조의 밑에서 본 그림이다. 도 19a와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나는, 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치된 FPCB(또는 하드 PCB도 가능)를 포함하며, 이때, 하이브리드 패치 안테나의 입출력 신호라인 및 그라운드 패턴을, FPCB의 신호선 패턴과 그라운드 패턴에 대응시켜 연결시키는 구조를 포함한다. 여기서, FPCB는 중앙의 신호선 패턴과 분리되어 양측에 형성된 그라운드 패턴을 포함하며, 하이브리드 패치 안테나의 가장자리 밖으로 연장된(또는 패치 안테나의 하부에서) FPCB의 신호선 패턴과 그라운드 패턴 사이에 연결된 집중(lumped) 정수 소자(집중 소자 형태의 저항, 인덕터, 또는 커패시터), 또는 분포(distributed) 정수 소자(마이크로스트립 형태의 저항, 인덕터, 또는 커패시터)가 연결된다. 이와 같은 집중 소자는 선로의 임피던스 미스매칭 상태를 개선하고 선로 손실을 줄일 수 있다. FIG. 19A is a view of a structure in which an FPCB having a coaxial cable-shaped pattern is disposed below the hybrid patch antenna and a lumped constant element is connected to the FPCB pattern as another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 19A, an antenna according to another embodiment of the present invention includes an FPCB (or a hard PCB) disposed below the hybrid patch antenna, wherein the input / output signal lines and ground patterns of the hybrid patch antenna are arranged. And a structure in which the signal line pattern and the ground pattern of the FPCB are connected in correspondence with each other. Here, the FPCB includes a ground pattern formed on both sides of the FPCB, separated from the center signal line pattern, and lumped connected between the signal line pattern of the FPCB and the ground pattern extending outside the edge of the hybrid patch antenna (or under the patch antenna). Integer elements (resistors, inductors, or capacitors in the form of concentrated elements) or distributed integer elements (resistors, inductors, or capacitors in the form of microstrips) are connected. Such lumped elements can improve the line's impedance mismatch and reduce line losses.

도 19b는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 동축 케이블 형태의 패턴을 갖는 FPCB를 배치하고, FPCB 패턴에 RF 커넥터를 연결한 구조의 밑에서 본 그림이다. 도 19b와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나는, 위와 같은 동축 케이블 형태의 FPCB가 하이브리드 패치 안테나의 가장자리 밖으로 연장된 신호선 패턴과 그라운드 패턴에 각각, RF(Radio Frequency) 커넥터의 전기적으로 분리된 두 접속 포인트를 하나씩 대응시켜 연결하는 구조를 포함한다. 경우에 따라서는 FPCB의 신호선 패턴과 그라운드 패턴이 하이브리드 패치 안테나의 하부에 위치한 면에서 RF 커넥터의 두 접속포인트와 연결되도록 할 수도 있다.FIG. 19B illustrates another embodiment of the present invention in which a FPCB having a coaxial cable-shaped pattern is disposed below the hybrid patch antenna and an RF connector is connected to the FPCB pattern. As shown in Figure 19b, the antenna according to another embodiment of the present invention, the FPCB of the coaxial cable type as described above, the electrical signal of the RF (Radio Frequency) connector, respectively, to the signal line pattern and ground pattern extending outside the edge of the hybrid patch antenna It includes a structure in which two separated connection points are connected one by one. In some cases, the signal line pattern and the ground pattern of the FPCB may be connected to the two connection points of the RF connector on the lower surface of the hybrid patch antenna.

도 19c는 본 발명의 또 다른 실시예로서 하이브리드 패치 안테나의 하부에 동축 케이블 형태의 패턴을 갖는 FPCB를 배치하고, FPCB 패턴에 C-클립을 연결한 구조의 밑에서 본 그림이다. 도 19c와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나는, FPCB가 하이브리드 패치 안테나의 가장자리 밖으로 연장된 신호선 패턴과 그라운드 패턴 중 어느 하나 이상에 각각 전도성 C-클립을 연결한 구조를 포함한다. 경우에 따라서는 FPCB의 신호선 패턴과 그라운드 패턴이 하이브리드 패치 안테나의 하부에 위치한 면에서 전도성 C-클립과 연결되도록 할 수도 있다.FIG. 19C illustrates another embodiment of the present invention, where a FPCB having a coaxial cable-shaped pattern is disposed below the hybrid patch antenna and a C-clip is connected to the FPCB pattern. As shown in FIG. 19C, an antenna according to another embodiment of the present invention includes a structure in which an FPCB connects conductive C-clips to at least one of a signal line pattern and a ground pattern each extending outside the edge of the hybrid patch antenna. In some cases, the signal line pattern and the ground pattern of the FPCB may be connected to the conductive C-clip on the surface of the hybrid patch antenna.

도 19a 내지 도 19c와 같이 동축 케이블 형태의 패턴을 갖는 FPCB를 적용한 구조에서는, 1) 동축 케이블 보다 선로의 자체 부피를 줄일 뿐 아니라 유선형 기구 표면에 부착이 가능하여 제품 고유의 디자인을 살릴 수 있는 장점이 있다. 2) FPCB에 하이브리드 패치 안테나, RF 커넥터, 매칭 소자 등을 한번에 SMD시킬 수 있어 종래 부품 별 수작업 조립 대비 공수를 줄일 수 있다. 3) 검사를 제외한 조립 공정 전체가 SMD 자동화 공정이므로 수율 향상 및 작업 공차의 최소화가 가능하다. 4) 하이브리드 패치 안테나의 동축 선로는 안테나 역할을 하는 주요 특징이 있는데 FPCB로 구현할 경우 동축 케이블 대비 세트 그라운드와의 이격거리를 키울 수 있으므로 안테나 이득을 향상시킬 수 있다. 도 19b와 같이 RF 커넥터를 연결한 구조에서는, 전송 선로 접합부에서의 미스매칭 최소화 및 불필요 신호의 방사를 막을 수 있고, 이에 따라 RF 커넥터 차폐 구조에 의한 불필요 신호 방사의 억제는 ECC 특성 개선이 가능토록 해준다. 도 19c와 같이 전도성 C-클립을 연결한 구조에서 보다 도 19b와 같이 RF 커넥터를 연결한 구조에서 ECC 값을 작게하여 개선된 성능을 구현할 수 있다.19A to 19C, the FPCB having a coaxial cable-shaped pattern, as shown in FIG. 19A to FIG. 19C, has the advantages of: 1) reducing the volume of the track itself and attaching it to the surface of a streamlined device, thereby saving the unique design of the product. There is this. 2) The hybrid patch antenna, RF connector, and matching elements can be SMD on FPCB at one time, thus reducing the number of manual assembly by hand. 3) The entire assembly process, excluding inspections, is SMD automated, improving yields and minimizing work tolerances. 4) The coaxial line of the hybrid patch antenna has a main feature that acts as an antenna. When implemented with FPCB, the antenna gain can be improved because the distance between the coaxial cable and the set ground can be increased. In the structure in which the RF connector is connected as shown in FIG. 19B, it is possible to minimize mismatching at the transmission line junction and prevent radiation of unnecessary signals. Accordingly, suppression of unnecessary signal radiation by the RF connector shielding structure can improve ECC characteristics. Do it. In the structure in which the conductive C-clip is connected as shown in FIG. 19C, the ECC value may be reduced in the structure in which the RF connector is connected as shown in FIG. 19B, thereby improving performance.

이와 같은 하이브리드 패치 안테나 구조를 메인 안테나와 함께 사용되는 제2안테나로 적용 시 모노폴이나 PIFA와 같은 다른 안테나 대비 우수함을 실험을 통해 확인하였다. 메인 안테나는 모노폴 혹은 PIFA로 구현하며, 메인 안테나와 함께 사용되는 제2안테나를 PIFA로 제작한 경우에, ECC가 0.7 정도로 측정되어 LTE와 같은 다이버시티 또는 MIMO 시스템에 적용하기 어려운 것을 확인하였다. 반면, 메인 안테나와 함께 사용되는 제2안테나를 하이브리드 패치 안테나로 제적한 경우에는 LTE 사용 대역(예를 들어, 746~756MHz)에서 ECC가 0.26~0.18로 요구치인 0.5 이하로 구현됨을 확인하였다.Experimental results show that the hybrid patch antenna structure is superior to other antennas such as monopole or PIFA when applied as a second antenna used with the main antenna. The main antenna is implemented by monopole or PIFA, and when the second antenna used with the main antenna is manufactured by PIFA, the ECC is measured to about 0.7 and it is confirmed that it is difficult to be applied to diversity or MIMO systems such as LTE. On the other hand, when the second antenna used in conjunction with the main antenna is removed as a hybrid patch antenna, it is confirmed that the ECC is 0.26 to 0.18 in the LTE use band (for example, 746 to 756 MHz), which is required to be 0.5 or less.

또한, 도시하지는 않았으나, 750㎒(LTE) 대역에서 하이브리드 패치 안테나와 동축케이블 조합의 안테나(도 17 참조)의 방사 패턴은 동일 대역의 메인 안테나의 방사 패턴과 직교함을 확인하였고, 그로 인해 모노폴, 다이폴, PIFA와 같은 다른 형태의 secondary 안테나 적용 대비 우수한 ECC 성능을 구현할 수 있었다. In addition, although not shown, it was confirmed that the radiation pattern of the hybrid patch antenna and the coaxial cable combination antenna (see FIG. 17) in the 750 MHz (LTE) band is orthogonal to the radiation pattern of the main antenna of the same band. The ECC performance was superior to other secondary antenna applications such as dipole and PIFA.

도 20과 같이, 하이브리드 패치 안테나로 secondary 안테나를 구현했을 때 메인 안테나와의 Isolation 특성에서, 750㎒(LTE) 부근의 그 측정치는 대략 -14㏈로 측정되었다. 이는 일반적인 secondary 안테나 구조인 모노폴 혹은 PIFA의 결과인 -6~-8㏈와 비교하여 대략 2배의 개선 효과를 보이고 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 20, when the secondary antenna is implemented as the hybrid patch antenna, in the isolation characteristic with the main antenna, the measurement around 750 MHz (LTE) was measured to be approximately −14 dB. This is about 2 times improvement compared with -6 ~ -8㏈ which is a result of general secondary antenna structure monopole or PIFA.

지금까지 설명한, 본 발명에 따른 다이버시티 안테나인 하이브리드 패치 안테나는 이동 통신 단말기 등 무선 통신 단말에 메인 안테나와 함께 하나 이상 사용되어, 메인 안테나만을 사용하는 경우보다 페이딩 현상을 방지하고 더 나은 신호 품질을 획득하는데 중요한 역할을 할 것이다. 무선 통신 단말에 구비된 소정 신호처리회로는 메인 안테나와 다이버시티 안테나(들)에서 수신되는 신호를 조합하여 페이딩이 제거된 최적의 신호를 검출할 수 있으며, 이에 따라 고품질의 무선 통신을 보장할 수 있게 된다. As described above, the hybrid patch antenna, which is a diversity antenna according to the present invention, is used together with a main antenna in a wireless communication terminal such as a mobile communication terminal, thereby preventing fading and providing better signal quality than when using only the main antenna. It will play an important role in acquiring. The predetermined signal processing circuit provided in the wireless communication terminal can detect the optimal signal without fading by combining the signals received from the main antenna and the diversity antenna (s), thereby ensuring high quality wireless communication. Will be.

여기서, 무선 통신 단말은 무선(RF) 신호의 송수신을 위한 안테나를 장착하는 모든 장치들을 포함하며, 예를 들어, WCDMA 등 이동 통신 프로토콜을 지원하는 셀룰러폰(Cellular phone), 피씨에스폰(PCS phone: Personal Communications Services phone), 무선 통신이 가능한 동기식/비동기식 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000) 등의 이동통신 단말기 뿐만 아니라, 개인용 디지털 보조기(PDA:Personal Digital Assistant), 스마트폰(Smart phone), 왑폰(WAP phone:Wireless application protocol phone), 모바일 게임기(mobile play-station)등을 포함하고, 경우에 따라서는 노트북 PC, 데스크탑 PC, 팜 PC(Palm Personal Computer) 등일 수도 있다. Here, the wireless communication terminal includes all devices equipped with an antenna for transmitting and receiving a radio frequency (RF) signal, for example, a cellular phone (PCS phone) supporting a mobile communication protocol such as WCDMA, PCS phone (PCS phone) : Personal Communications Services phone (PDA), mobile communication terminals such as synchronous / asynchronous IMT-2000 (International Mobile Telecommunication-2000) capable of wireless communication, as well as personal digital assistants (PDAs), smart phones, It includes a WAP phone (Wireless application protocol phone), a mobile game station (mobile play-station) and the like, in some cases may be a notebook PC, desktop PC, Palm PC (Palm Personal Computer) and the like.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기의 실시예에 따른 다이버시티 안테나의 구조는 약간의 설계변경을 통하여 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 형태의 안테나에도 적용될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. For example, the structure of the diversity antenna according to the above embodiment may be applied to an antenna of a MIMO type through a slight design change. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

patch1: 제1 전도성 방사체 패치 패턴
patch2: 제2 전도성 방사체 패치 패턴 patch1: first conductive emitter patch pattern
patch2: second conductive emitter patch pattern

Claims (24)

무선 통신 단말에 장착되는 메인 안테나와 이격되어 설치되고 직선 편파를 송수신하기 위한 안테나로서,
그라운드 패턴의 위로 1회 이상씩 적층한 유전체 블록과 전도성 방사체 패치 패턴의 위로 일정 갭을 두고, 상기 갭 위로 1회 이상씩 적층한 다른 전도성 방사체 패치 패턴과 유전체 블록이 포함된 스택 구조를 포함하고,
상기 스택 구조의 가장 위의 전도성 방사체 패치 패턴과 전기적으로 결합되어 상기 스택 구조의 가장 아래의 유전체 블록의 하단까지 연장되는 급전 라인을 포함하며,
상기 가장 아래의 유전체 블록의 하부면에 형성된 하나 이상의 그라운드 패턴과 분리되어 형성된, 상기 급전 라인의 단부 또는 상기 단부에 연결된 입출력 신호라인이, 상기 그라운드 패턴과의 사이에서 용량성 결합을 통해 안테나의 전기적 특성이 조절되도록 한 것을 특징으로 하는 안테나.An antenna provided to be spaced apart from a main antenna mounted to a wireless communication terminal and transmitting and receiving linearly polarized waves,
A stack structure including a dielectric block stacked one or more times above the ground pattern and a conductive radiator patch pattern, and a stack structure including another conductive emitter patch pattern and the dielectric block stacked one or more times above the gap;
A feed line electrically coupled with the topmost conductive radiator patch pattern of the stack structure and extending to the bottom of the bottom dielectric block of the stack structure,
An end of the feed line or an input / output signal line connected to the end formed separately from one or more ground patterns formed on the bottom surface of the lowermost dielectric block is electrically connected to the antenna through the capacitive coupling between the ground patterns. An antenna characterized in that the characteristics are adjusted. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
공진주파수를 분리하고 통과 대역폭을 넓히기 위해 2개 이상의 복수개로 형성된 그라운드 패턴을 서로 연결시킨 전도성 접속 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
And a conductive connection line connecting two or more formed ground patterns to each other so as to separate resonant frequencies and widen a passband. 제4항에 있어서,
상기 전도성 접속 라인은 중간에 소정 간격 오픈된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 4, wherein
And the conductive connecting line includes a portion which is opened at a predetermined interval in the middle. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 갭은 에어 갭 또는 유전율이 1~5인 유전체 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
And wherein the gap is made of a dielectric material having an air gap or dielectric constant of 1-5. 제1항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은,
상기 스택 구조의 유전체 블록 외부로 연장된 전도체판이 포함된 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
The ground pattern,
And a conductor plate extending out of the dielectric block of the stack structure. 제1항에 있어서,
상기 급전라인은 비아홀을 통해 상기 스택 구조를 관통하여 연장된 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
And the feed line extends through the stack structure through a via hole. 제1항에 있어서,
상기 급전라인은 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 연결되어 상기 스택 구조측면을 따라 연장된 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
The feed line is connected to the conductive radiator patch pattern, characterized in that extending along the side of the stack structure. 제1항에 있어서,
상기 급전라인은 상기 전도성 방사체 패치 패턴과 소정 간격 이격되어 용량성으로 결합되는 간접 급전 라인인 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
The feed line is an antenna, characterized in that the indirect feed line capacitively coupled to the conductive radiator patch pattern spaced apart. 제4항에 있어서,
상기 전도성 접속 라인은 상기 스택 구조의 유전체 블록 외부로 연장되어 소정의 면적을 갖는 그라운드 전도체판을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 4, wherein
And the conductive connecting line comprises a ground conductor plate extending out of the dielectric block of the stack structure and having a predetermined area. 제1항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은 일측 가장자리에서 상기 단부 방향으로 일정폭으로 오픈된 부분을 갖도록 형성된 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
The ground pattern is an antenna, characterized in that it comprises a pattern formed to have a portion that is open at a predetermined width in the end direction at one edge. 제14항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은 상기 오픈된 부분의 중간에서 직각 방향으로 가장자리까지 다른 오픈된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 14,
And the ground pattern includes another open portion from the middle of the open portion to the edge in a perpendicular direction. 제1항에 있어서,
상기 안테나는 다이버시티 안테나 또는 MIMO 형태 안테나에 적용을 위한 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
The antenna is characterized in that for applying to a diversity antenna or MIMO antenna. 제1항에 있어서,
상기 입출력 신호라인을 동축 케이블의 신호선에 연결시키고, 상기 그라운드 패턴을 상기 동축 케이블의 그라운드선에 연결시킨 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
And the input / output signal line is connected to a signal line of a coaxial cable, and the ground pattern is connected to a ground line of the coaxial cable. 제1항에 있어서,
상기 스택 구조의 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치되며, 상기 입출력 신호라인에 연결되는 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결되는 그라운드 패턴을 갖는 일반 하드 PCB 또는 FPCB를 포함하고,
상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 신호선 패턴에 동축 케이블의 신호선을 연결하고, 상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 그라운드 패턴에 상기 동축 케이블의 그라운드선을 연결한 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
Is disposed below the hybrid patch antenna of the stack structure, and includes a general hard PCB or FPCB having a signal line pattern connected to the input and output signal lines and a ground pattern connected to the ground pattern,
And a signal line of the coaxial cable is connected to the signal line pattern of the general hard PCB or the FPCB, and a ground line of the coaxial cable is connected to the ground pattern of the general hard PCB or the FPCB. 제18항에 있어서,
상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 신호선 패턴은 비아홀을 통하여 반대면에 형성된 다른 신호선 패턴과 연결된 것을 특징으로 하는 안테나. The method of claim 18,
The signal line pattern of the general hard PCB or FPCB is connected to the other signal line pattern formed on the opposite surface through the via hole. 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 동축 케이블의 그라운드선이 일부분에서 외부의 그라운드면과 단락되도록 클램핑한 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 17 or 18,
And the ground line of the coaxial cable is clamped such that the ground line of the coaxial cable is shorted to an external ground plane. 제1항에 있어서,
상기 스택 구조의 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치되며, 상기 입출력 신호라인에 연결되는 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결되는 제2그라운드 패턴(상기 제2그라운드 패턴은 중앙의 상기 신호선 패턴과 분리되어 양측에 형성됨)을 갖는 일반 하드 PCB 또는 FPCB를 포함하고,
상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 신호선 패턴과 그라운드 패턴 사이에 집중 정수 소자, 또는 분포 정수 소자를 연결한 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
A second ground pattern connected to the signal line pattern connected to the input / output signal line and the ground pattern (the second ground pattern is separated from the signal line pattern in the center) Formed) having a normal hard PCB or FPCB,
And an intensive constant element or a distributed constant element between a signal line pattern and a ground pattern of the general hard PCB or FPCB. 제1항에 있어서,
상기 스택 구조의 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치되며, 상기 입출력 신호라인에 연결되는 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결되는 제2그라운드 패턴(상기 제2그라운드 패턴은 중앙의 상기 신호선 패턴과 분리되어 양측에 형성됨)을 갖는 일반 하드 PCB 또는 FPCB; 및
전기적으로 분리된 두 접속 포인트를 갖는 RF 커넥터를 포함하고,
상기 RF 커넥터의 상기 두 접속 포인트가 하나씩 상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 상기 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결된 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
A second ground pattern connected to the signal line pattern connected to the input / output signal line and the ground pattern (the second ground pattern is separated from the signal line pattern in the center) Formed) a normal hard PCB or FPCB; And
An RF connector having two connection points electrically isolated,
And the two connection points of the RF connector are connected one by one to the signal line pattern and the ground pattern of the general hard PCB or FPCB. 제1항에 있어서,
상기 스택 구조의 하이브리드 패치 안테나의 하부에 배치되며, 상기 입출력 신호라인에 연결되는 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴에 연결되는 제2그라운드 패턴(상기 제2그라운드 패턴은 중앙의 상기 신호선 패턴과 분리되어 양측에 형성됨)을 갖는 일반 하드 PCB 또는 FPCB; 및
상기 일반 하드 PCB 또는 FPCB의 상기 신호선 패턴과 상기 그라운드 패턴 중 어느 하나 이상에 각각 연결된 전도성 C-클립
을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.The method of claim 1,
A second ground pattern connected to the signal line pattern connected to the input / output signal line and the ground pattern (the second ground pattern is separated from the signal line pattern in the center) Formed) a normal hard PCB or FPCB; And
Conductive C-clips each connected to at least one of the signal line pattern and the ground pattern of the general hard PCB or FPCB
Antenna comprising a. 삭제delete

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