KR101164618B1 - 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나 - Google Patents

마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나 Download PDF

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김형주
이영기
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Abstract

본 발명은 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나에 관한 것으로서, 이중 대역에서 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나에 관한 거이다. 본 발명의 실시 형태인 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나는 하부면에 접지가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판 상부에 위치하는 제2기판과, 상기 제2기판 상부에 위치하는 제3기판과, 상기 제1기판의 상부면에 형성되는 제1마이크로스트립 패치와, 상기 제1마이크로스트립 패치보다 큰 크기로서, 상기 제3기판의 상부면에 형성되는 제2마이크로스트립 패치와, 상기 제2기판의 상부면에 형성되어, 제2주파수 대역의 신호를 상기 제2마이크로스트립 패치에 커플링 공급하는 급전 커플링 패치와, 상기 제1기판을 관통하여 제1주파수 대역의 신호를 상기 제1마이크로스트립 패치에 직접 공급하는 제1급전 선로와, 상기 제1기판 및 제2기판을 관통하여 상기 급전 커플링 패치에 제2주파수 대역의 신호를 공급하는 제2급전 선로를 포함하고, N은 제1마이크로스트립 패치의 개수, M은 제2마이크로스트립 패치의 개수라 할 때, 상기 제1마이크로스트립 패치는 N × N 배열로 구성되고, 상기 제2마이크로스트립 패치는 제1마이크로스트립 패치 N × N 배열 중심에 있는 복수개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역과 대향하는 위치에 M × M 배열로 구성된다.

Description

마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나{MICROSTRIP STACKED PATCH ARRAY ANTENNA}
본 발명은 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나에 관한 것으로서, 이중 대역에서 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나에 관한 거이다.
유선이 필요 없는 Wireless Local Area Network(WLAN)은 무선접속장치가 설치된 곳을 중심으로 일정 거리 이내에서 PDA나 노트북 컴퓨터를 통해 초고속 인터넷 이용을 가능하게 하는 기술이다. 즉, 유선망에 구속됨이 없이 기존 유선 LAN의 모든 이점과 기능을 그대로 제공한다. 2.4 GHz 대역의 802.11b 기반의 WLAN 서비스는 전송속도, 보안 및 향후 휴대인터넷 서비스와의 연계 등의 측면에서 취약점으로 가지고 있다는 평가를 받아왔다. 반면 IEEE 802.11a 표준을 사용하는 5 GHz 대역은 보다 신속한 데이터 전송으로 최근 많은 관심을 받고 있다. 따라서 두 대역을 모두 포함할 수 있는 안테나의 필요성이 대두되었다.
또한 군용의 경우, 레이더 안테나 용도로서 8GHz~12GHz 대역의 X 대역(X-Band)을 사용하며, 동시에, 2GHz~4GHz 대역의 S 대역(S-Band)를 사용한다. 따라서 이 역시 두 대역을 모두 포함할 수 있는 군용 안테나의 개발이 필요하다.
마이크로스트립 패치(microstrip patch) 구조로 구현되는 마이크로스트립 패치 안테나는 패치의 형상이나 크기, 그리고 그에 형성되는 다양한 슬롯 등의 파라미터를 변형하여 다양한 주파수 대역에서 이용될 수 있다. 마이크로스트립 패치 안테나는 이러한 많은 장점을 보유하고 있지만, Q값이 높아서 대역폭이 좁다는 문제점이 있으며, 이득도 그다지 높은 편이 아니다.
현재 이동 통신, 위성 통신 또는 군 통신의 발전 추세는 이중 대역에서 운용 가능한 단말이나 그에 적합한 안테나를 개발하는 방향으로 가고 있다. 그리하여, 마이크로스트립 패치 안테나의 다양한 장점을 보유한 채 그의 협대역 특성을 좀 더 개선하기 위해, 스택(stack) 구조의 마이크로스트립 스택 패치 안테나(microstrip stacked patch antenna)가 개선안의 하나로 활용되고 있다.
그러나 종래의 마이크로스트립 스택 패치 안테나는, 여전히 수직편파(V-pol)와 수평편파(H-pol)간의 분리도가 낮으며, 특히, 운용될 수 있는 고주파 대역이나 저주파 대역의 주파수 대역폭이 좁다는 문제를 가지고 있다.
한국공개특허 10-2011-0104844
본 발명의 기술적 과제는 안테나의 대역폭 및 방사 효율을 저해하지 않는 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 이중대역 이중편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태인 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나는 하부면에 접지가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판 상부에 위치하는 제2기판과, 상기 제2기판 상부에 위치하는 제3기판과, 상기 제1기판의 상부면에 형성되는 제1마이크로스트립 패치와, 상기 제1마이크로스트립 패치보다 큰 크기로서, 상기 제3기판의 상부면에 형성되는 제2마이크로스트립 패치와, 상기 제2기판의 상부면에 형성되어, 제2주파수 대역의 신호를 상기 제2마이크로스트립 패치에 커플링 공급하는 급전 커플링 패치와, 상기 제1기판을 관통하여 제1주파수 대역의 신호를 상기 제1마이크로스트립 패치에 직접 공급하는 제1급전 선로와, 상기 제1기판 및 제2기판을 관통하여 상기 급전 커플링 패치에 제2주파수 대역의 신호를 공급하는 제2급전 선로를 포함하고, N은 제1마이크로스트립 패치의 개수, M은 제2마이크로스트립 패치의 개수라 할 때, 상기 제1마이크로스트립 패치는 N × N 배열로 구성되고, 상기 제2마이크로스트립 패치는 제1마이크로스트립 패치 N × N 배열 중심에 있는 복수개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역과 대향하는 위치에 M × M 배열로 구성된다.
또한 제1마이크로스트립 패치는 4 × 4 배열로 구성되며, 제1마이크로스트립 패치 4 × 4 배열 중심에 있는 4개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역과 대향하는 위치에 1 × 1 배열인 하나의 제2마이크로스트립 패치가 위치한다.
제1마이크로스트립 패치는 8 × 8 배열로 구성되며, 제1마이크로스트립 패치 8 × 8 배열 및 제2마이크로스트립 패치 2 × 2배열로 이루어진다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 서로 다른 중심 주파수에서 이용되는 복수의 마이크로스트립 패치 배열 안테나를 스택 구조로서 형성하여 이용함으로써, 광대역 주파수 대역 특성과 높은 안테나 이득을 얻을 수 있다. 이로 인하여, 본 발명의 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나는 경량, 박형이라는 본래의 장점을 보유한 채 협대역 특성의 단점을 보완할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1대역의 마이크로스트립 패치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2대역의 마이크로스트립 패치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 급전 커플링 패치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2기생 패치의 평면도이다.
도 6은 설명의 이해를 돕기 위하여 기판들을 제외한 제1마이크로스트립 패치, 급전 커플링 패치, 제2마이크로스트립 패치만을 정렬 적층할 때의 위치 관계를 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1마이크로스트립 패치 4 × 4 배열 및 하나의 제2마이크로스트립 패치로 된 마이크로 스트립 스택 패치 배열 안테나를 상부에서 바라본 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1마이크로스트립 패치 8 × 8 배열 및 제2마이크로스트립 패치 2 × 2 배열로 된 마이크로 스트립 스택 패치 배열 안테나를 상부에서 바라본 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 단일 소자로 된 마이크로스트립 스택 패치 안테나로 구현할 시에 제1주파수 대역인 X 대역의 반사 계수 및 편파 분리도를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 이중 편파의 구현이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나의 측면도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1대역의 마이크로스트립 패치의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2대역의 마이크로스트립 패치의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 급전 커플링 패치의 평면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2기생 패치의 평면도이다.
마이크로스트립 패치는 4개의 기판이 차례로 적층되어 있는데, 제1,2마이크로스트립 패치가 각각 형성되는 제1기판(100) 및 제3기판(300), 제1마이크로스트립 패치의 기생 패치와 급전 커플링 패치가 형성되는 제2기판(200), 제2마이크로스트립 패치의 기생 패치가 형성되는 제4기판(400)을 포함한다.
제1기판(100)은 양면기판으로서 소정의 유전율과 두께를 가지는 PCB(Printed Circuit Board) 기판이다. 예를 들어, 유전율(εr) 3.2, 두께 0.762mm로 구현되는 제품이 제1기판으로 사용될 수 있다. 제1기판(100)의 하부면에 판형태의 접지(120;GND)가 형성되어 있다. 또한 제1기판의 상부면에는 고주파 대역인 제1주파수 대역에서 방사하는 제1마이크로스트립 패치(110)가 형성되어 있다. 이하에서는 제1주파수 대역을 8GHz~12GHz 사이의 X 대역을 예로 들어 설명하겠으나, 제2마이크로스트립 패치(310)에서 방사하는 주파수 대역보다 높은 주파수 대역을 가진다면 X 대역뿐만 아니라 다른 대역도 가능하다.
제2기판(200)은 제1기판의 상부에 위치하는 PCB 양면 기판이다. 이때, 제2기판의 유전율(εr)은 3.2, 두께는 0.762mm로 구현될 수 있다. 제2기판(200)의 하부면에는 상기 제1마이크로스트립 패치(110)와 대향되는 위치에 동일한 크기로서 제1기생 패치(220)가 형성된다. 또한 제2기판(200)의 상부면에는 제2주파수 대역의 신호를 제2마이크로스트립 패치에 커플링 공급하는 급전 커플링 패치(210)가 형성된다.
제3기판(300)은 제2기판의 상부에 위치하는 PCB 양면 기판이다. 이때, 제3기판(300)의 유전율(εr)은 3.2, 두께는 0.762mm로 구현될 수 있다. 제3기판(300)의 상부면에는 제1마이크로스트립 패치(110)에서 방사되는 주파수 대역보다 낮은 저주파수 대역인 제2주파수 대역에서 방사하는 제2마이크로스트립 패치(310)가 형성되어 있다. 이하에서는 제2주파수 대역을 2.6GHz~3.5GHz 사이의 S 대역으로서 예로 들어 설명하겠으나, 제1마이크로스트립 패치(1110)에서 방사하는 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역을 가진다면 제2마이크로스트립 패치(310)에서 방사되는 대역은 S 대역뿐만 아니라 다른 대역도 적용 가능하다.
제4기판(400)은 제3기판(300)의 상부에 위치하는 PCB 양면 기판이다. 이때, 제4기판(400)의 유전율(εr)은 3.2, 두께는 0.508mm로 구현될 수 있다. 제4기판(400)의 상부면에는 상기 제2마이크로스트립 패치(310)와 대향되는 위치에 동일한 크기로서 제2기생 패치(410)가 형성된다.
이러한 제1기판(100), 제2기판(200), 제3기판(300) 및 제4기판(400)은 그 두께와 유전율에 따라서 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 대역폭과 안테나 이득(gain)이 조정될 수 있다. 일반적으로 제1기판, 제2기판, 제3기판 및 제4기판의 두께가 두꺼울수록 대역폭은 증가하게 된다. 그리고 유전율은 낮을수록 안테나 이득은 커진다.
또한 제2기판(200)과 제3기판(300)간의 간격(H2)은 제1기판(100)과 제2기판(200)간의 간격(H1) 보다 크게 형성한다. 제2기판(200)의 상부면에 형성된 급전 커플링 패치(210)에서 커플링된 제2대역 신호가 제3기판(300)의 상부면에 형성된 제2마이크로스트립 패치(310)에 보다 쉽게 커플링되도록 하기 위함이다. 바람직하게는, 제1기판과 제2기판간의 간격(H1)은 2.5mm, 제2기판과 제3기판간의 간격(H2)는 2mm, 제3기판과 제4기판간의 간격(H3)는 5mm로 함이 바람직하다.
한편, 상기에서 설명한 바와 같이 제1기판(100) 및 제3기판(300)의 각 상부면에는 제1마이크로스트립 패치(110)와 제2마이크로스트립 패치(310)가 각각 형성되며, 제2기판(200)의 하부면에는 제1마이크로스트립 패치의 기생 패치(220)가 형성되며, 제2기판(200)의 상부면에는 급전 커플링 패치(210)가 형성되며, 제4기판(400)의 상부면에는 제2마이크로스트립 패치의 기생 패치(410)가 형성된다. 이하 각각의 패치를 설명한다.
마이크로스트립 패치(110,310)는 급전 선로를 통해 신호를 공급받아서, 마이크로스트립 패치에 유도된 전류에 의해 공간으로 복사가 발생하여 안테나의 역할을 하게 된다. 마이크로스트립 패치(110,310)는 X 대역 용도의 제1마이크로스트립 패치(110)과 S 대역 용도의 제2마이크로스트립 패치(310)을 포함한다.
제1마이크로스트립 패치(110)는 제1기판(100)의 상부면에 형성되는데, 8GHz~12GHz의 X 대역용으로 구현된다. 또한 도 2에 도시한 바와 같이 제1마이크로스트립 패치는 사각 마름모 형상으로 구현될 수 있다. 제1마이크로스트립 패치는 길이, 폭 등의 파라미터를 이용하여 특정 중심 주파수를 기준으로 하여 X 대역에서 동작하도록 구성된다. 제1마이크로스트립 패치(110)는 이중 급전 포트인 수평편파 제1급전선로(510) 및 수직편파 제1급전선로(520)에 의해 공급받아 이중 편파를 형성할 수 있다. 마름모의 제1꼭지점을 통해 수평편파(H-pol)가 공중으로 복사되며, 직각된 위치에 있는 제2꼭지점을 통해 수직편파(V-pol)가 공중으로 복사된다.
제2마이크로스트립 패치(310)는 제3기판(300)의 상부면에 형성되는데, 2.6GHz~3.5GHz의 S 대역용으로 구현된다. 제2마이크로스트립 패치(310)는 이중 급전 포트인 수평편파 제2급전선로(610) 및 수직편파 제2급전선로(620)에 의한 급전에 의해 이중 편파를 형성할 수 있다. 또한 제2마이크로스트립 패치(310)는 제1마이크로스트립 패치보다 크게 형성되며, 사각형과 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다.
제2마이크로스트립 패치(310)는 형상, 길이, 폭 등의 파라미터를 이용하여 특정 중심 주파수를 기준으로 하여 S 대역에서 동작하도록 구성된다. 상기와 같이 제2마이크로스트립 패치(310)를 제3기판의 상부면에 형성하고, 제1마이크로스트립 패치(110)를 제1기판의 상부면에 형성함으로써, 즉, 서로 다른 주파수 대역용으로 사용되는 제1마이크로스트립 패치(110)와 제2마이크로스트립 패치(310)를 적층된 서로 다른 기판에 위치시키는 스택 구조를 가지게 함으로써, 상호간에 간섭을 줄일 수 있다.
또한 제2마이크로스트립 패치(310)는 제1마이크로스트립 패치보다 크게 형성하여, 제2마이크로스트립 패치는 도 3에 도시한 바와 같이 제1마이크로스트립 패치가 대향하는 각각의 위치에 개구부(311)가 형성되도록 한다. 이러한 개구부를 둠으로써 제1마이크로스트립 패치와의 간섭을 최소로 한다. 개구부는 제1마이크로스트립 패치(110)보다 크게 형성된다.
제1기생 패치(220)는, 제1마이크로스트립 패치(110)와 대향되도록 제2기판(200)의 하부면에 형성되며, 제1마이크로스트립 패치와의 커플링에 의해 복사되는 X 대역의 대역폭을 넓어지게 한다. 상기 제1기생 패치(220)는 제1마이크로스트립 패치(110)와 같거나 큰 크기로 형성되며 사각 마름모 형상과 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다.
제2기생 패치(410)는, 제2마이크로스트립 패치(310)와 대향되도록 제4기판(400)의 상부면에 형성되며, 제2마이크로스트립 패치(310)와의 커플링에 의해 복사되는 S 대역의 대역폭을 넓어지게 한다. 제2기생 패치(410)는, 도 5에 도시한 바와 같이 제1마이크로스트립 패치가 대향하는 각각의 위치에 개구부를 형성하는 것 이외에 개구부 사이의 중심부를 관통시킨 제2의 개구부 구조를 가진다. 이러한 제2의 개구부를 통해 제2마이크로스트립 패치의 전파가 방사된다.
참고로, 상기 제1기생 패치와 제2기생 패치는 복사되는 X 대역 및 S 대역의 대역폭을 각각 넓혀주는 역할을 하므로, 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 구현 시에 좁은 대역만을 사용하고자 하는 경우에는 필요하지 않을 수 있다.
한편, 제1마이크로스트립 패치(110)는 8GHz~12GHz라는 X 대역의 신호를 방사하는 안테나로 구동하는데, 이를 위하여 상기 제1기판을 관통하여 제1주파수 대역의 신호를 상기 제1마이크로스트립 패치에 직접 공급하는 제1급전 선로(500)를 구비한다. 상기 제1급전 선로(500)가 이중 편파의 급전 선로로 구현될 경우, 제1주파수 대역의 수평편파(H-pol) 신호를 제1마이크로스트립 패치의 마름모의 4개의 꼭지점 중에서 제1꼭지점에 공급하는 수평편파 제1급전선로(510), 제1꼭지점에 인접한 제2꼭지점에 수직편파(V-pol)를 공급하는 수직편파 제2급전선로(520)을 포함한다.
반면에, 제2마이크로스트립 패치(310)는 제2주파수 대역의 신호를 제2급전 선로(600)로부터 직접 인가받지 않고 별도의 급전 커플링 패치(210)를 통해 커플링된 신호를 인가받는다. 제2급전 선로(600)로부터 직접 인가받지 않고 별도의 급전 커플링 패치(210)를 통해 커플링된 신호를 인가받는 이유는, 제2마이크로스트립 패치(310)가 S 대역 중에서 2.6GHz~3.5GHz의 비교적 넓은 범위의 대역폭을 가지는 안테나로 구동시키기 위함이다. 또한 이러한 급전 커플링 패치를 이용한 간접 급전 방식을 통함으로써 수직편파와 수평편파의 편파 분리도를 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예는 제2급전 선로(600)가 제2마이크로스트립 패치(310)에 직접 S 대역 신호를 인가하지 않고 별도의 급전 커플링 패치(210)에 제2대역의 이중 편파 신호를 인가하고, 급전 커플링 패치를 통해 커플링된 S 대역의 이중 편파 신호가 제2마이크로스트립 패치(310)에 인가된다.
급전 커플링 패치(210)는, 제2기판(200)의 상부면에 형성되어 제2주파수 대역의 신호를 상기 제2마이크로스트립 패치(310)에 커플링하여 인가한다. 급전 커플링 패치(210)는 제2마이크로스트립 패치(310)와 대향되도록 위치하는데, 제2마이크로스트립 패치(310)보다 작은 크기로 형성되어 제2마이크로 패치의 중심에 있는 마름모의 꼭지점에 커플링 신호가 인가되는 위치에 형성된다. 급전 커플링 패치(210)는, 이중 편파를 복사하기 위해서 도 4에 도시한 바와 같이 제2마이크로스트립 패치보다 작은 반 마름모 형태의 두 개의 급전 커플링 패치(210a,210b)로 구현한다. 즉, 2주파수 대역의 수평편파(H-pol)를 공급받아 상기 제2마이크로스트립의 패치에 커플링하는 급전 커플링 수평편파 패치(210a)와, 제2주파수 대역의 수직편파(V-pol)를 공급받아 상기 제2마이크로스트립의 패치에 커플링하는 급전 커플링 수직편파 패치(210b)를 포함한다. 참고로, 제2급전 선로는 급전 커플링 수평편파 패치(210a)에 S 대역의 수평편파(H-pol)를 공급하는 수평편파 제2급전선로(610)와 수직편파(V-pol)를 공급하는 수직편파 제2급전선로(620)을 구비하여, 각각의 급전선로가 제1기판(100) 및 제2기판(200)을 관통하여 제2기판의 상부면에 위치하는 급전 커플링 패치(210)에 이중편파 신호를 공급한다.
참고로, 도 6은 설명의 이해를 돕기 위하여 기판들을 제외한 제1마이크로스트립 패치, 급전 커플링 패치, 제2마이크로스트립 패치만을 정렬 적층할 때의 위치 관계를 도시한 그림이다.
한편, 제1마이크로스트립 패치(110)와 제2마이크로스트립 패치(310)는 복수개로 배열 형태로서 안테나를 구성하게 되는데, 이들의 배열 위치를 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1마이크로스트립 패치 4 × 4 배열 및 하나의 제2마이크로스트립 패치로 된 마이크로 스트립 스택 패치 배열 안테나를 상부에서 바라본 도면이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1마이크로스트립 패치 8 × 8 배열 및 제2마이크로스트립 패치 2 × 2 배열로 된 마이크로 스트립 스택 패치 배열 안테나를 상부에서 바라본 도면이다.
참고로, 도 7 및 도 8은 각 패치의 배치 위치 설명의 편의를 위하여, 기판이 없다고 가정하고 각 패치의 배치된 모습을 상부에서 투시하여 바라본 모습을 도시한 그림이다. 연두색은 급전 커플링 패치를 나타내며, 파란색은 제2마이크로스트립 패치를 나타내며, 마름모는 제1마이크로스트립 패치를 나타낸다.
제1마이크로스트립 패치(110)는 복수개로 구성되는데, N은 제1마이크로스트립 패치의 개수라 할 때, 상기 제1마이크로스트립 패치(110)는 N × N 배열로 구성될 수 있다. 따라서 N이 '4'인 경우, 도 7에 도시한 바와 같이 제1마이크로스트립 패치 4 × 4 배열로서 16개의 제1마이크로스트립 패치가 위치한다. 각각의 제1마이크로스트립 패치간의 이격 거리는 동일한 간격을 가지도록 배치한다.
제2마이크로스트립 패치(310)는 제1마이크로스트립 패치 N × N 배열 중심에 있는 복수개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역과 대향하는 위치에 M × M 배열로 구성된다. 도 7과 같이 제1마이크로스트립 패치 4 × 4 배열 구조를 가질 경우, 그 중앙에 있는 4개의 제1마이크로스트립 패치(110a,110b,110c,110d)를 포함하는 영역보다 큰 크기로서, 해당 4개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역에 대향하는 위치에 1개의 제2마이크로스트립 패치(310)가 배치된다. 참고로 1개의 제2마이크로스트립 패치는 1 × 1 배열 구조에 해당된다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이 제1마이크로스트립 패치가 8 × 8 배열 구조를 가질 경우에는, 4 × 4 배열 구조가 4개 존재하는 것이기 대문에, 제2마이크로스트립 패치는 2 × 2 배열 구조를 가지게 된다. 각각의 제2마이크로스트립 패치(310a,310b,310c,310d)는 4 × 4 배열의 제1마이크로스트립 패치의 중앙에 있는 4개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역(310a,310b,310c,310d)보다 큰 크기로서, 해당 4개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역에 대향하는 위치마다 각각 배치된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 단일 소자로 된 마이크로스트립 스택 패치 안테나를 배열로 구현할 시에 제1주파수 대역인 X 대역의 반사 계수 및 편파 분리도를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 제1마이크로스트립 패치의 X 대역의 반사 계수인 수평편파(H-pol)의 반사계수(S11), 수직편파(V-pol)의 반사계수(S22), 편파 분리도(S21)의 특성이 나타나 있다. 세로축 S-parameter[dB]는 주파수 별로 적용되는 임피던스를 나타내는 것으로서 S-parameter가 작다면 임피던스가 작음을 의미한다. 임피던스가 적다면 복사되는 전파의 손실이 적음을 의미한다. 일반적으로 -10dB 이하의 특성을 가지는 주파수 범위 내에서 안테나로 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다. 특히, 자주 사용되는 대역인 8.8GHz에서 10.7GHz간에 15dB 이상의 큰 편파 분리도를 가짐을 알 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100:제1기판 110:제1마이크로스트립 패치
120:접지 200:제2기판
210:급전 커플링 패치 220:제1기생 패치
300:제3기판 310:제2마이크로스트립 패치
400:제4기판 410:제2기생패치
500:제1급전선로 600:제2급전선로

Claims (7)

  1. 하부면에 접지가 형성된 제1기판;
    상기 제1기판 상부에 위치하는 제2기판;
    상기 제2기판 상부에 위치하는 제3기판;
    상기 제1기판의 상부면에 형성되는 제1마이크로스트립 패치;
    상기 제1마이크로스트립 패치보다 큰 크기로서, 상기 제3기판의 상부면에 형성되는 제2마이크로스트립 패치;
    상기 제2기판의 상부면에 형성되어, 제2주파수 대역의 신호를 상기 제2마이크로스트립 패치에 커플링 공급하는 급전 커플링 패치;
    상기 제1기판을 관통하여 제1주파수 대역의 신호를 상기 제1마이크로스트립 패치에 직접 공급하는 제1급전 선로;
    상기 제1기판 및 제2기판을 관통하여 상기 급전 커플링 패치에 제2주파수 대역의 신호를 공급하는 제2급전 선로를 포함하고,
    N은 제1마이크로스트립 패치의 개수, M은 제2마이크로스트립 패치의 개수라 할 때, 상기 제1마이크로스트립 패치는 N × N 배열로 구성되고, 상기 제2마이크로스트립 패치는 제1마이크로스트립 패치 N × N 배열 중심에 있는 복수개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역과 대향하는 위치에 M × M 배열로 구성되는 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3기판 상부에 위치하는 제4기판;
    상기 제1마이크로스트립 패치와 대향되도록 상기 제2기판의 하부면에 형성되는 제1기생 패치;
    상기 제2마이크로스트립 패치와 대향되도록 상기 제4기판의 상부면에 형성되는 제2기생 패치;
    를 더 포함하는 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  3. 청구항 1에 있어서, 제1마이크로스트립 패치는 4 × 4 배열로 구성되며, 제1마이크로스트립 패치 4 × 4 배열 중심에 있는 4개의 제1마이크로스트립 패치를 포함하는 영역과 대향하는 위치에 1 × 1 배열인 하나의 제2마이크로스트립 패치가 위치하는 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  4. 청구항 1에 있어서, 제1마이크로스트립 패치 8 × 8 배열 및 제2마이크로스트립 패치 2 × 2배열로 이루어진 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1마이크로 스트립 패치간의 이격 거리 및 제2마이크로스트립 패치간의 이격 거리는 각각 동일한 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1마이크로스트립 패치는 제1주파수 대역의 신호를 방사하며, 상기 제2마이크로스트립 패치는 상기 제1주파수 대역보다 더 낮은 제2주파수 대역의 신호를 방사하는 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제2마이크로스트립 패치는, 상기 제1마이크로스트립 패치와 대향되는 위치마다 상기 제1마이크로스트립 패치와 동일한 크기의 다수의 개구부를 형성며, 상기 급전 커플링 패치는 상기 개구부가 형성되지 않은 제1마이크로스트립 패치의 영역과 대향되는 위치에 적어도 하나 이상 형성되는 마이크로스트립 스택 패치 배열 안테나.
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