KR101828178B1 - Microstrip patch antenna for matching polarization - Google Patents

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KR101828178B1 KR1020160150208A KR20160150208A KR101828178B1 KR 101828178 B1 KR101828178 B1 KR 101828178B1 KR 1020160150208 A KR1020160150208 A KR 1020160150208A KR 20160150208 A KR20160150208 A KR 20160150208A KR 101828178 B1 KR101828178 B1 KR 101828178B1
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류성준
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홍익대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a microstrip patch antenna for matching polarization. According to the present invention, the microstrip patch antenna comprises: a first dielectric substrate formed in a circular shape; a circular radiation patch printed on the first dielectric substrate; a second dielectric substrate on which a hole having the same size as the first dielectric substrate are formed; a plurality of parasitic elements printed on the second dielectric substrate; and a feeding port for feeding the circular radiation patch at a predetermined distance from the center point of the radiation patch. The first dielectric substrate is inserted into the hole formed in the second dielectric substrate, and the second dielectric substrate is formed to be rotatable about the central axis of the circular radiation patch. According to the present invention, spindle rotation and axial ratio characteristics of the patch antenna can be adjusted by freely varying the position of the parasitic elements surrounding the radiation patch.

Description

편파 정합이 가능한 마이크로스트립 패치안테나{MICROSTRIP PATCH ANTENNA FOR MATCHING POLARIZATION}[0001] MICROSTRIP PATCH ANTENNA FOR MATCHING POLARIZATION [0002]

본 발명은 편파 정합이 가능한 마이크로스트립 패치안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사패치를 둘러싼 기생소자의 위치를 자유롭게 변화시킬 수 있는 패치안테나 구조를 가지는 편파 정합이 가능한 마이크로스트립 패치안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip patch antenna capable of polarization matching, and more particularly, to a microstrip patch antenna capable of polarization matching with a patch antenna structure capable of freely changing a position of a parasitic element surrounding the radiation patch.

최근 차량, 항공기, 선박, 모바일 등에서 수신신호의 수신율을 극대화히기 위해 안테나의 편파에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. In order to maximize the reception ratio of received signals in vehicles, aircraft, ships, mobile phones, etc., researches on polarization of antennas are being actively conducted.

종래에는 편파조절 특성을 도출하기 위해 마이크로스트립 패치안테나를 이용한 재구성 안테나에 대한 연구가 수행되었으며, 최근에는 핀 다이오드(pin-diode)를 사용하여 우선회 원형편파 및 좌선회 원형편파를 도출하기 위한 연구가 수행되고 있다. Conventionally, a reconfigurable antenna using a microstrip patch antenna has been studied to derive the polarization control characteristic. In recent years, research has been conducted to derive a first circular polarization and a left circular polarization using a pin diode .

하지만, 이러한 연구들은 특정 편파, 특히 원형편파를 도출하는데 제한되는 경우가 대부분이며, 편파 튜닝에 어려움이 있어 수신율이 저하되는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 특정 편파를 도출하는데 연구가 집중되어 있는 반면, 편파의 주축 회전에 대한 기술 연구는 진행되고 있지 않은 실정이다. However, most of these studies are limited to deriving specific polarizations, in particular circular polarizations, and have difficulty in tuning the polarizations, resulting in a lower reception ratio. In addition, research has been concentrated on deriving a specific polarization, but research on the principle axis rotation of polarization has not been carried out.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1195831호(2012.11.05.공고)에 개시되어 있다.The technology of the background of the present invention is disclosed in Korean Patent No. 10-1195831 (issued on November 5, 2012).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방사패치를 둘러싼 기생소자의 위치를 자유롭게 변화시킬 수 있는 패치안테나 구조를 가지는 편파 정합이 가능한 마이크로스트립 패치안테나를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a microstrip patch antenna with a patch antenna structure capable of freely changing a position of a parasitic element surrounding a radiation patch.

이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 마이크로스트립 패치안테나는 원형으로 형성된 제1 유전체 기판, 상기 제1 유전체 기판 위에 인쇄된 원형 방사패치, 상기 제1 유전체 기판과 동일한 크기의 홀이 형성된 제2 유전체 기판, 상기 제2 유전체 기판 위에 인쇄된 복수의 기생소자, 그리고 상기 방사패치의 중심점으로부터 기 설정된 거리에 위치하여 상기 원형 방사패치에 급전하는 급전포트를 포함하며, 상기 제1 유전체 기판은, 상기 제2 유전체 기판에 형성된 상기 홀에 삽입되며, 상기 제2 유전체 기판은, 상기 원형 방사패치의 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 형성된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a microstrip patch antenna comprising a first dielectric substrate formed in a circular shape, a circular radiation patch printed on the first dielectric substrate, a hole having the same size as the first dielectric substrate A first dielectric substrate, a plurality of parasitic elements printed on the second dielectric substrate, and a feed port positioned at a predetermined distance from a center point of the radiation patch to feed the circular radiation patch, The second dielectric substrate is inserted into the holes formed in the second dielectric substrate, and the second dielectric substrate is rotatable about the central axis of the circular radiation patch.

상기 복수의 기생소자는, 제1 기생소자 및 제2 기생소자를 포함하며, 상기 제1 기생소자 및 제2 기생소자는, 상기 원형 방사패치의 중심점을 기준으로 동일한 곡선반경을 가지는 원호 형상으로 형성되며, 서로 이격되어 배열될 수 있다. Wherein the plurality of parasitic elements includes a first parasitic element and a second parasitic element, wherein the first parasitic element and the second parasitic element are formed in an arc shape having the same radius of curvature with respect to a center point of the circular radiation patch And can be arranged apart from each other.

상기 복수의 기생소자는, 상기 제2 유전체 기판의 홀의 반경보다 큰 제1 곡선반경 및 상기 제1 곡선반경보다 큰 제2 곡선반경에 따라 원호 형상으로 형성될 수 있다. The plurality of parasitic elements may be formed in an arc shape in accordance with a first radius of curvature larger than a radius of the hole of the second dielectric substrate and a second radius of curvature larger than the first radius of curvature.

상기 제1 기생소자 및 제2 기생소자는, 상기 원형 방사패치의 중심점을 기준으로 점대칭 형상으로 배열되거나 서로 다른 중심각에 따라 배열될 수 있다. The first parasitic element and the second parasitic element may be arranged in point symmetry with respect to a center point of the circular radiation patch or may be arranged according to different central angles.

상기 제2 유전체 기판은, 회전하는 동시에 편파의 축비 및 주축 방향이 변화될 수 있다. The second dielectric substrate can be rotated and the axial ratio of the polarized waves and the major axis direction can be changed.

상기 축비는 -1에서 1사이의 범위에서 변화하며, 상기 주축 방향은 0도에서 180도 사이의 범위에서 변화할 수 있다. The axial ratio may vary between -1 and 1, and the major axis may vary between 0 and 180 degrees.

상기 편파의 주파수 대역은, 상기 원형 방사패치의 직경에 반비례하고, 상기 원형 방사패치의 직경은, 상기 편파의 주파수 대역의 중심 주파수에 대응하는 파장의 절반일 수 있다. The frequency band of the polarization is inversely proportional to the diameter of the circular radiation patch and the diameter of the circular radiation patch may be half of the wavelength corresponding to the center frequency of the frequency band of the polarization.

사용자 단말로부터 입력받은 상기 제2 유전체 기판의 회전각 정보에 따라 상기 제2 유전체 기판을 회전시키는 구동부를 더 포함할 수 있다. And a driving unit for rotating the second dielectric substrate in accordance with rotation angle information of the second dielectric substrate received from the user terminal.

이와 같이 본 발명에 따르면, 방사패치를 둘러싼 기생소자의 위치를 자유롭게 변화시킴으로써 패치안테나의 축비 특성 및 주축 회전을 조절할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to freely change the position of the parasitic element surrounding the radiation patch, thereby controlling the axial ratio characteristics and spindle rotation of the patch antenna.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기생소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 복수의 기생소자가 도 2의 (a)와 같이 배열된 경우에서 편파의 축비 및 주축 각도를 나타낸다.
도 4는 복수의 기생소자가 도 2의 (b)와 같이 배열된 경우에서 편파의 축비 및 주축 각도를 나타낸다.
도 5는 제2 유전체 기판의 회전각이 160도인 경우 2D 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 제2 유전체 기판의 회전각이 180도인 경우 2D 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7은 제2 유전체 기판의 회전각이 190도인 경우 2D 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 8은 제2 유전체 기판의 회전각이 200도인 경우 2D 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 9는 제2 유전체 기판의 회전각에 따른 전면 방향 이득 및 공진 주파수 특성을 나타낸 도면이다.
도 10은 제2 유전체 기판의 회전각에 따른 축비 및 주축 방향에 대한 특성을 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating a microstrip patch antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a parasitic element according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 shows the axial ratio of the polarized wave and the principal axis angle in the case where a plurality of parasitic elements are arranged as shown in Fig. 2 (a).
Fig. 4 shows the axial ratio of the polarization and the principal axis angle in the case where a plurality of parasitic elements are arranged as shown in Fig. 2 (b).
5 is a view showing a 2D radiation pattern when the rotation angle of the second dielectric substrate is 160 degrees.
6 is a view showing a 2D radiation pattern when the rotation angle of the second dielectric substrate is 180 degrees.
7 is a view showing a 2D radiation pattern when the rotation angle of the second dielectric substrate is 190 degrees.
8 is a view showing a 2D radiation pattern when the rotation angle of the second dielectric substrate is 200 degrees.
9 is a graph showing the front gain and the resonance frequency characteristic according to the rotation angle of the second dielectric substrate.
10 is a graph showing the characteristics of the second dielectric substrate with respect to the axial ratio and the major axis direction according to the rotation angle of the second dielectric substrate.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

우선 도 1 및 도 2를 통해 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나의 구성에 대해 살펴보도록 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기생소자를 설명하기 위한 도면이다. First, a configuration of a microstrip patch antenna according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a view showing a microstrip patch antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining a parasitic element according to an embodiment of the present invention.

도 1의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나의 평면도이고, 도 1의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나의 측면도이다. FIG. 1 (a) is a plan view of a microstrip patch antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a side view of a microstrip patch antenna according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나(100)는 제1 유전체 기판(110), 원형 방사패치(120), 제2 유전체 기판(130), 복수의 기생소자(140) 및 급전 포트(150)를 포함한다. 1, a microstrip patch antenna 100 according to an embodiment of the present invention includes a first dielectric substrate 110, a circular radiation patch 120, a second dielectric substrate 130, a plurality of parasitic elements (140) and a feed port (150).

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 유전체 기판(110)은 원형으로 형성된다. 이때, 제1 유전체 기판(110)은 고유전율의 세라믹 기판으로 형성될 수 있다. 한편, 제1 유전체 기판(110)은 접지 기판(10) 상단에 형성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the first dielectric substrate 110 is formed in a circular shape. At this time, the first dielectric substrate 110 may be formed of a ceramic substrate having a high dielectric constant. The first dielectric substrate 110 may be formed on the upper surface of the ground substrate 10.

그리고, 원형 방사패치(120)는 제1 유전체 기판(110) 위에 인쇄된다. 이때, 원형 방사패치(120)의 직경(d)은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나(100)의 편파의 주파수 대역과 반비례한다. 즉, 원형 방사패치(120)의 직경(d)이 작을수록 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나(100)의 편파의 주파수 대역은 넓어진다. Then, the circular radiation patch 120 is printed on the first dielectric substrate 110. At this time, the diameter d of the circular radiation patch 120 is inversely proportional to the frequency band of the polarization of the microstrip patch antenna 100 according to the embodiment of the present invention. That is, the smaller the diameter d of the circular radiation patch 120, the wider the frequency band of the polarization of the microstrip patch antenna 100 according to the embodiment of the present invention.

또한, 원형 방사패치(120)의 직경(d)은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나(100)의 편파의 주파수 대역의 중심 주파수에 대응하는 파장의 절반이다. The diameter d of the circular radiation patch 120 is half the wavelength corresponding to the center frequency of the frequency band of the polarization of the microstrip patch antenna 100 according to the embodiment of the present invention.

다음으로, 제2 유전체 기판(130)에는 제1 유전체 기판(110)과 동일한 크기의 홀이 형성된다. 그리고, 제1 유전체 기판(110)은 제2 유전체 기판(130)에 형성된 홀에 삽입된다. 제2 유전체 기판(130)은 회전이 가능하도록 원형으로 형성될 수 있다. Next, a hole having the same size as that of the first dielectric substrate 110 is formed on the second dielectric substrate 130. The first dielectric substrate 110 is inserted into a hole formed in the second dielectric substrate 130. The second dielectric substrate 130 may be formed in a circular shape so as to be rotatable.

한편, 제2 유전체 기판(130)은 제1 유전체 기판(110)과 동일한 고유전율의 세라믹 기판으로 형성될 수 있으며, 접지 기판(10) 상단에 형성될 수 있다.The second dielectric substrate 130 may be formed of a ceramic substrate having the same high dielectric constant as that of the first dielectric substrate 110 and may be formed on the upper surface of the ground substrate 10.

다음으로, 복수의 기생소자(140)는 제2 유전체 기판(130) 위에 인쇄된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 기생소자는 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142)를 포함한다. Next, a plurality of parasitic elements 140 are printed on the second dielectric substrate 130. As shown in FIG. 1, the plurality of parasitic elements includes a first parasitic element 141 and a second parasitic element 142.

구체적으로, 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142)는 원형 방사패치(120)의 중심점을 기준으로 동일한 곡선반경을 가지는 원호 형상으로 형성되며 서로 이격되어 배열된다. Specifically, the first parasitic element 141 and the second parasitic element 142 are formed in an arc shape having the same radius of curvature with respect to the center point of the circular radiation patch 120, and are arranged apart from each other.

구체적으로, 기생소자는 제2 유전체 기판(130)의 홀의 반경보다 큰 제1 곡선반경(r1) 및 제1 곡선반경(r1)보다 큰 제2 곡선반경(r2)에 따라 원호 형상으로 형성된다. 따라서, 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142)는 제2 곡선반경(r2)에서 제1 곡선반경(r1)을 뺀 차이값만큼의 두께(w)를 가지며, 동일한 제1 곡선반경(r1) 및 제2 곡선반경(r2)을 가지므로 동일한 원형의 고리상에 배열된다. Specifically, the parasitic elements are in an arc shape in accordance with a second large first curve radius than the radius of holes in a dielectric substrate (130) (r 1) and the first curve radius larger second curve radius than that (r 1) (r 2) . The first parasitic element 141 and the second parasitic element 142 have a thickness w equal to the difference obtained by subtracting the first radius of curvature r 1 from the second radius of curvature r 2 , 1 curved line radius r 1 and a second curved line radius r 2 , so that they are arranged on the same circular ring.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142)는 일정한 이격 거리(l)을 가지고 형성된다. 즉, 제1 기생소자(141)의 제1단과 제2 기생소자(142)의 제2단, 그리고 제1 기생소자(141)의 제2단과 제2 기생소자(142)의 제1단 사이에는 일정한 이격 거리(l)을 가지는 두 개의 홀이 형성된다.1, the first parasitic element 141 and the second parasitic element 142 are formed with a constant distance l. Between the first end of the first parasitic element 141 and the second end of the second parasitic element 142 and between the second end of the first parasitic element 141 and the first end of the second parasitic element 142 Two holes having a constant distance l are formed.

다음으로, 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142)는 원형 방사패치(120)의 중심점을 기준으로 점대칭 형상으로 배열되거나 서로 다른 중심각에 따라 배열된다. Next, the first parasitic element 141 and the second parasitic element 142 are arranged in point symmetry with respect to the center point of the circular radiation patch 120, or arranged according to different central angles.

제1 기생소자(141)의 원호 길이는 제2 기생소자(142)의 원호 길이보다 길거나 같다. 즉, 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142)는 원형 방사패치(120)의 중심점을 기준으로 점대칭 형상으로 배열되는 경우는 제1 기생소자(141)의 원호 길이와 제2 기생소자(142)의 원호 길이가 같음을 의미하고, 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142)는 원형 방사패치(120)의 중심점을 기준으로 서로 다른 중심각에 따라 배열된 경우는 제1 기생소자(141)의 원호 길이가 제2 기생소자(142)의 원호 길이보다 길다는 것을 의미한다. The arc length of the first parasitic element 141 is longer than or equal to the arc length of the second parasitic element 142. That is, when the first parasitic element 141 and the second parasitic element 142 are arranged in point symmetry with respect to the center point of the circular radiation patch 120, the arc length of the first parasitic element 141 and the second parasitic element When the first parasitic elements 141 and the second parasitic elements 142 are arranged at different central angles with respect to the center point of the circular radiation patches 120, It means that the arc length of the first parasitic element 141 is longer than the arc length of the second parasitic element 142. [

예를 들어, 제1 기생소자(141)의 중심각을 제1 중심각(θ1)이라하고 제2 기생소자(142)의 중심각을 제2 중심각(θ2)라고 가정하면, 제1 중심각(θ1)은 제2 중심각(θ2)보다 크거나 같다. 그리고, 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142) 사이에는 일정한 이격 거리(l)를 가지는 두 개의 홀이 형성되므로, 제1 중심각(θ1)과 제2 중심각(θ2)의 합은 360도보다 작다. For example, assuming that a first central angle of the center angle of the parasitic element (141) (θ 1) referred to, and a second central angle of the center angle of the parasitic element (142) (θ 2), a first central angle (θ 1 Is greater than or equal to the second central angle [theta] 2 . And, the first parasitic element 141 and the second parasitic elements 142, because between is formed with two holes having a certain distance (l), the first central angle (θ 1) and a second central angle (θ 2) The sum is less than 360 degrees.

한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 기생소자는 원형 방사패치(120)와 기 설정된 거리(g)만큼 이격되어 배치된다. On the other hand, as shown in Figs. 1 and 2, the plurality of parasitic elements are disposed apart from the circular radiation patch 120 by a predetermined distance g.

다음으로, 급전 포트(150)는 원형 방사패치(120)의 중심점으로부터 기 설정된 거리(lf)에 위치하여 제1 방사패치에 급전한다. 구체적으로 급전 포트(150)는 제1 유전체 기판(110)을 관통하는 급전선을 통해 전력을 공급받아 제1 방사패치에 급전하며, 급전선은 동축 케이블(coaxial cable)로 형성될 수 있다. Next, the power feeding port 150 for feeding the first radiation patch and located at a distance (l f) predetermined from the center point of a circular radiating patch 120. Specifically, the feed port 150 receives power through a feeder line passing through the first dielectric substrate 110, feeds the first radiation patch, and the feeder line may be formed as a coaxial cable.

한편, 제2 유전체 기판(130)은 방사패치의 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 형성된다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나(100)는 제2 유전체 기판(130)이 회전하는 동시에 편파의 축비 및 주축 방향이 변화한다. 즉, 마이크로스트립 패치안테나(100)는 제2 유전체 기판(130)의 회전각에 따라 마이크로스트립 패치안테나(100)의 편파의 축비 및 주축 방향이 변화한다.On the other hand, the second dielectric substrate 130 is formed to be rotatable about the center axis of the radiation patch. Accordingly, in the microstrip patch antenna 100 according to the embodiment of the present invention, the second dielectric substrate 130 rotates, and the axial ratio of the polarized waves and the direction of the main axis change. That is, in the microstrip patch antenna 100, the axial ratio of the polarized wave of the microstrip patch antenna 100 and the direction of the main axis change according to the rotation angle of the second dielectric substrate 130.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 유전체 기판(110)상에 x축과 y축을 가지는 2차원 좌표계가 설정되어 있으며, 제1 기생소자(141) 및 제2 기생소자(142) 사이에 형성된 두 개의 홀 중 제2 기생소자(142)의 좌측에 형성된 홀을 제1 홀이라고 하고 우측에 형성된 홀을 제2 홀이라고 가정한다. 1, a two-dimensional coordinate system having an x-axis and a y-axis is set on a first dielectric substrate 110, and a first parasitic element 141 and a second parasitic element 142 are disposed on the first dielectric substrate 110, A hole formed on the left side of the second parasitic element 142 is called a first hole and a hole formed on the right side is a second hole.

제1 홀의 중심과 원형 방사패치(120)의 중심을 잇는 가상의 선이 양의 y축과 일치하는 경우를 0도로 설정한 후, 제2 유전체 기판(130)이 시계방향(우측방향)으로 회전하면, 가상의 선이 양의 y축과 이루는 각도(φp)가 변하게 된다. 이렇게, 상기 각도(φp), 즉 제2 유전체 기판(130)의 회전각(φp)의 변화에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나(100)의 편파의 축비 및 주축 방향이 변하게 된다. The second dielectric substrate 130 is rotated clockwise (rightward) after setting the case where the imaginary line connecting the center of the first hole and the center of the circular radiation patch 120 coincides with the positive y- , The angle? P between the imaginary line and the positive y axis is changed. Thus, according to the change of the angle? P , that is, the rotation angle? P of the second dielectric substrate 130, the ratio of the polarized wave of the polarized wave of the microstrip patch antenna 100 according to the embodiment of the present invention, .

구체적으로, 편파의 축비는 -1에서 1사이의 범위(-1≤축비≤1)에서 변화하며, 편파의 주축 방향, 즉 주축 각도는 0도에서 180도 사이의 범위(0도≤주축 각도≤180도)에서 변화한다. 여기서, 축비가 -1인 경우는 좌선회 편파(LHCP, Left Hand Circular Polarzation)를 의미하고, 축비가 1인 경우는 우선회 편파(RHCP, Right Hand Circular Polarzation)를 의미한다. 그리고 축비가 0인 경우는 선형 편파(LP, Linearly Polarized wave)를 의미한다. Specifically, the axial ratio of the polarized wave changes in the range of -1 to 1 (-1? Axial ratio? 1), and the principal axis direction of the polarized wave, that is, the principal axis angle is in the range of 0 degree to 180 degrees 180 degrees). Here, when the axis ratio is -1, it means Left Hand Circular Polarization (LHCP), and when the axis ratio is 1, it means Right Hand Circular Polarization (RHCP). When the axis ratio is zero, it means a linearly polarized wave (LP).

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나(100)의 사용자는 제2 유전체 기판(130)을 회전시킴으로써 최적의 편파 정합을 수행할 수 있다. Therefore, the user of the microstrip patch antenna 100 according to the embodiment of the present invention can perform optimal polarization matching by rotating the second dielectric substrate 130. [

이하에서는 도 3 내지 도 11을 통해 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나의 시뮬레이션 결과에 대해 살펴보도록 한다. Hereinafter, simulation results of the microstrip patch antenna according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 11. FIG.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기생소자의 트임 간격 사이의 각도에 따른 편파의 축비 및 주축 각도를 나타낸다. 도 3은 복수의 기생소자가 도 2의 (a)와 같이 배열된 경우에서 편파의 축비 및 주축 각도를 나타내고, 도 4는 복수의 기생소자가 도 2의 (b)와 같이 배열된 경우에서 편파의 축비 및 주축 각도를 나타낸다. FIGS. 3 and 4 show the axial ratio and the principal axis angle of polarization according to the angle between the clearances of the parasitic elements according to the embodiment of the present invention. Fig. 3 shows the axial ratio and the principal axis angle of the polarized wave in the case where a plurality of parasitic elements are arranged as shown in Fig. 2 (a), and Fig. 4 shows a case where a plurality of parasitic elements are arranged as shown in Fig. And the angle of the main axis.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 패치안테나(100)는 -1(좌선회 편파)에서 1(우선회 편파)사이의 전 범위에서 축비를 조절할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 0도에서 360도까지의 전 방향으로 편파의 주축 방향을 조절할 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIGS. 3 and 4, the microstrip patch antenna 100 according to the embodiment of the present invention can adjust the axial ratio in the entire range between -1 (left turn polarized wave) and 1 (right hand polarized wave) . It can also be seen that the main axis direction of the polarization can be adjusted in all directions from 0 to 360 degrees.

그리고, 이론 값(Theory) 시뮬레이션 값(Simulation) 및 측정 값(Measurement)이 서로 유사하게 도출되고 있는바, 편파의 축비 및 주축 방향의 조절 정확도가 높음을 확인할 수 있다. Simulation and measurement of the Theory simulation result are similar to each other, and it can be confirmed that the accuracy of adjustment of the axial ratio of the polarization and the direction of the main axis is high.

다음으로, 구동부(미도시)는 사용자 단말로부터 입력받은 제2 유전체 기판의 회전각 정보에 따라 제2 유전체 기판을 회전시킨다. 예를 들어, 사용자 단말로부터 제2 유전체 기판의 회전각을 30도로 입력받은 경우, 구동부는 모터와 같은 구동 장치를 통해 제2 유전체 기판을 30도 회전시킬 수 있다. Next, the driving unit (not shown) rotates the second dielectric substrate according to the rotation angle information of the second dielectric substrate received from the user terminal. For example, when the rotation angle of the second dielectric substrate is 30 degrees from the user terminal, the driving unit may rotate the second dielectric substrate through 30 degrees through a driving device such as a motor.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 유전체 기판의 회전에 따른 2D 방사 패턴을 나타낸다. 도 5는 제2 유전체 기판의 회전각이 160도인 경우 2D 방사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 6은 제2 유전체 기판의 회전각이 180도인 경우 2D 방사 패턴을 나타낸 도면이다. 5 to 8 show a 2D radiation pattern according to rotation of a second dielectric substrate according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view showing a 2D radiation pattern when the rotation angle of the second dielectric substrate is 160 degrees, and FIG. 6 is a diagram showing a 2D radiation pattern when the rotation angle of the second dielectric substrate is 180 degrees.

도 7은 제2 유전체 기판의 회전각이 190도인 경우 2D 방사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 8은 제2 유전체 기판의 회전각이 200도인 경우 2D 방사 패턴을 나타낸 도면이다. 도 5 내지 도 8에서 (a)는 편파의 축비 특성을 나타내고 (b)는 주축 방향 특성을 나타내며, 복수의 기생소자(140)는 점대칭 형상으로 배열되었다. FIG. 7 is a view showing a 2D radiation pattern when the rotation angle of the second dielectric substrate is 190 degrees, and FIG. 8 is a view showing a 2D radiation pattern when the rotation angle of the second dielectric substrate is 200 degrees. 5 to 8 (a) show the axial ratio characteristics of polarization, (b) show the spindle direction characteristics, and the plurality of parasitic elements 140 are arranged in point-symmetrical shapes.

그리고, 표 1 내지 표 4는 도 5 내지 도 8에 각각 대응한 결과값을 나타낸 표이다. Tables 1 to 4 are tables showing the results corresponding to FIGS. 5 to 8, respectively.

축비(Axial ratio)Axial ratio 주축 각도(Polarization angle)Polarization angle 시뮬레이션 값Simulation value 측정 값Measures 시뮬레이션 값Simulation value 결과 값Result value 1.6dB(RHCP)1.6 dB (RHCP) 1.4dB(RHCP)1.4 dB (RHCP) 34도34 degrees 23도23 degrees

축비(Axial ratio)Axial ratio 주축 각도(Polarization angle)Polarization angle 시뮬레이션 값Simulation value 측정 값Measures 시뮬레이션 값Simulation value 결과 값Result value 21.5dB(LP)21.5dB (LP) 21.9dB(LP)21.9dB (LP) 176도176 degrees 176도176 degrees

축비(Axial ratio)Axial ratio 주축 각도(Polarization angle)Polarization angle 시뮬레이션 값Simulation value 측정 값Measures 시뮬레이션 값Simulation value 결과 값Result value 7.7dB(EP)7.7dB (EP) 6.7dB(EP)6.7dB (EP) 162도162 degrees 173도173 degrees

축비(Axial ratio)Axial ratio 주축 각도(Polarization angle)Polarization angle 시뮬레이션 값Simulation value 측정 값Measures 시뮬레이션 값Simulation value 결과 값Result value 2.9dB(LHCP)2.9dB (LHCP) 2.9dB(LHCP)2.9dB (LHCP) 138도138 degrees 132도132 degrees

도 5 내지 도 8 그리고 표 1 내지 표 4에서 시뮬레이션 결과와 측정값이 매우 유사하게 나타남을 확인할 수 있으며, 편파의 축비 및 주축 방향의 조절 정확도가 높음을 확인할 수 있다. In FIGS. 5 to 8 and Tables 1 to 4, it can be seen that the simulation results and the measured values are very similar, and that the axial ratio of the polarization and the adjustment accuracy of the major axis direction are high.

도 9 및 도 10은 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸다. 도 9는 제2 유전체 기판의 회전각에 따른 전면 방향 이득 및 공진 주파수 특성을 나타낸 도면이다. 도 9의 (a)는 두 개의 기생소자 사이에 형성된 두 개의 홀이 원형 방사패치(120)의 중심점과 이루는 각도(φs)가 180도인 경우를 나타내고, 도 9의 (b)는 각도(φs)가 10도인 경우를 나타낸다. Figures 9 and 10 show the results of simulation analysis. 9 is a graph showing the front gain and the resonance frequency characteristic according to the rotation angle of the second dielectric substrate. 9A shows a case where an angle phi s formed by two holes formed between two parasitic elements with the center point of the circular radiation patch 120 is 180 degrees and Fig. s ) is 10 degrees.

두 경우 모두 제2 유전체 기판(130)의 회전각을 0도에서 180도 범위에서 30도 단위로 측정하였다. 측정 결과, 전면 방향 이득(bore-sight gain) 특성 및 공진 주파수(resonanat frequency) 특성 모두 회전각의 변화에 의해 왜곡되지 않음을 보여준다. In both cases, the rotation angle of the second dielectric substrate 130 was measured in a range of 0 degree to 180 degree in 30 degree increments. The measurement results show that both the bore-sight gain characteristics and the resonance frequency characteristics are not distorted by the change of the rotation angle.

도 10은 제2 유전체 기판의 회전각에 따른 축비 및 주축 방향에 대한 특성을 나타낸 도면이다. 도 10의 (a)는 두 개의 기생소자 사이에 형성된 두 개의 홀이 원형 방사패치(120)의 중심점과 이루는 각도(φs)가 180도인 경우를 나타내고, 도 10의 (b)는 각도(φs)가 10도인 경우를 나타낸다.10 is a graph showing the characteristics of the second dielectric substrate with respect to the axial ratio and the major axis direction according to the rotation angle of the second dielectric substrate. 10A shows a case where an angle phi s formed by two holes formed between two parasitic elements with the center point of the circular radiation patch 120 is 180 degrees and Fig. s ) is 10 degrees.

두 경우 모두 제2 유전체 기판(130)의 회전각을 0도에서 180도 범위에서 30도 단위로 측정하였다. 측정 결과, 축비 및 주축 각도가 다양한 조합으로 조절이 가능함을 확인할 수 있었다. In both cases, the rotation angle of the second dielectric substrate 130 was measured in a range of 0 degree to 180 degree in 30 degree increments. As a result of the measurement, it was confirmed that the shaft ratio and the main shaft angle can be adjusted by various combinations.

본 발명의 실시예에 따르면, 방사패치를 둘러싼 기생소자의 위치를 자유롭게 변화시킴으로써 패치안테나의 축비 특성 및 주축 회전을 조절할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the axial ratio characteristic and the spindle rotation of the patch antenna can be adjusted by freely changing the position of the parasitic element surrounding the radiation patch.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 접지 기판 100 : 마이크로스트립 패치안테나
110 : 제1 유전체 기판 120 : 원형 방사패치
130 : 제2 유전체 기판 140 : 복수의 기생소자
141 : 제1 기생소자 142 : 제2 기생소자
150 : 급전 포트10: ground substrate 100: microstrip patch antenna
110: first dielectric substrate 120: circular radiation patch
130: second dielectric substrate 140: a plurality of parasitic elements
141: first parasitic element 142: second parasitic element
150: feed port

Claims (8)

원형으로 형성된 제1 유전체 기판,
상기 제1 유전체 기판 위에 인쇄된 원형 방사패치,
상기 제1 유전체 기판과 동일한 크기의 홀이 형성된 제2 유전체 기판,
상기 제2 유전체 기판 위에 인쇄된 복수의 기생소자, 그리고
상기 방사패치의 중심점으로부터 기 설정된 거리에 위치하여 상기 원형 방사패치에 급전하는 급전포트를 포함하며,
상기 제1 유전체 기판은,
상기 제2 유전체 기판에 형성된 상기 홀에 삽입되며,
상기 제2 유전체 기판은,
상기 원형 방사패치의 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 형성된 마이크로스트립 패치안테나. A first dielectric substrate formed in a circular shape,
A circular radiation patch printed on the first dielectric substrate,
A second dielectric substrate on which holes having the same size as the first dielectric substrate are formed,
A plurality of parasitic elements printed on the second dielectric substrate, and
And a feed port positioned at a predetermined distance from a center point of the radiation patch to feed the circular radiation patch,
Wherein the first dielectric substrate comprises:
A second dielectric substrate inserted in the hole formed in the second dielectric substrate,
Wherein the second dielectric substrate comprises:
A microstrip patch antenna formed to be rotatable about a center axis of the circular radiation patch. 제1항에 있어서,
상기 복수의 기생소자는,
제1 기생소자 및 제2 기생소자를 포함하며,
상기 제1 기생소자 및 제2 기생소자는,
상기 원형 방사패치의 중심점을 기준으로 동일한 곡선반경을 가지는 원호 형상으로 형성되며, 서로 이격되어 배열되는 마이크로스트립 패치안테나. The method according to claim 1,
Wherein the plurality of parasitic elements comprise:
A first parasitic element and a second parasitic element,
The first parasitic element and the second parasitic element are connected to each other,
Wherein the microstrip patch antenna is formed in an arc shape having the same radius of curvature with respect to a center point of the circular radiation patch and is arranged to be spaced apart from each other. 제2항에 있어서,
상기 복수의 기생소자는,
상기 제2 유전체 기판의 홀의 반경보다 큰 제1 곡선반경 및 상기 제1 곡선반경보다 큰 제2 곡선반경에 따라 원호 형상으로 형성되는 마이크로스트립 패치안테나. 3. The method of claim 2,
Wherein the plurality of parasitic elements comprise:
Wherein the second dielectric substrate is formed in an arc shape in accordance with a first radius of curvature larger than a radius of the hole of the second dielectric substrate and a second radius of curvature larger than the first radius of curvature. 제3항에 있어서,
상기 제1 기생소자 및 제2 기생소자는,
상기 원형 방사패치의 중심점을 기준으로 점대칭 형상으로 배열되거나 서로 다른 중심각에 따라 배열되는 마이크로스트립 패치안테나. The method of claim 3,
The first parasitic element and the second parasitic element are connected to each other,
Wherein the microstrip patch antenna is arranged in point symmetry with respect to a center point of the circular radiation patch or arranged according to different central angles. 제1항에 있어서,
상기 제2 유전체 기판은,
회전하는 동시에 편파의 축비 및 주축 방향이 변화되는 마이크로스트립 패치안테나. The method according to claim 1,
Wherein the second dielectric substrate comprises:
And the axial ratio of the polarized wave and the direction of the main axis are changed. 제5항에 있어서,
상기 축비는 -1에서 1사이의 범위에서 변화하며, 상기 주축 방향은 0도에서 180도 사이의 범위에서 변화하는 마이크로스트립 패치안테나.6. The method of claim 5,
Wherein the axial ratio varies between -1 and 1, and the major axis direction varies between 0 and 180 degrees. 제6항에 있어서,
상기 편파의 주파수 대역은,
상기 원형 방사패치의 직경에 반비례하고,
상기 원형 방사패치의 직경은,
상기 편파의 주파수 대역의 중심 주파수에 대응하는 파장의 절반인 마이크로스트립 패치안테나. The method according to claim 6,
The frequency band of the polarized wave is,
Inversely proportional to the diameter of the circular radiation patch,
The diameter of the circular radiation patch,
Half of the wavelength corresponding to the center frequency of the frequency band of the polarization. 제5항에 있어서,
사용자 단말로부터 입력받은 상기 제2 유전체 기판의 회전각 정보에 따라 상기 제2 유전체 기판을 회전시키는 구동부를 더 포함하는 마이크로스트립 패치안테나. 6. The method of claim 5,
And a driving unit for rotating the second dielectric substrate in accordance with rotation angle information of the second dielectric substrate received from the user terminal.
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