KR101974548B1 - Filter integrated cavity back antenna - Google Patents

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KR101974548B1
KR101974548B1 KR1020180109202A KR20180109202A KR101974548B1 KR 101974548 B1 KR101974548 B1 KR 101974548B1 KR 1020180109202 A KR1020180109202 A KR 1020180109202A KR 20180109202 A KR20180109202 A KR 20180109202A KR 101974548 B1 KR101974548 B1 KR 101974548B1
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filter
impedance
cavity
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안광환
박준영
김상일
황금철
윤주호
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한화시스템 주식회사
성균관대학교산학협력단
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Abstract

Provided is a filter-embedded cavity back antenna, which includes: a plate-shaped dielectric substrate; a patch formed on an upper surface of the dielectric substrate; a cavity body attached to a lower surface of the dielectric substrate; and a coaxial filter installed to penetrate a cavity body and connected to the lower surface of the dielectric substrate. Accordingly, the filter-embedded cavity back antenna can reduce the size of a wireless frequency transceiving system to which the filter-embedded cavity back antenna is applied.

Description

필터 내장형 캐비티 백 안테나{FILTER INTEGRATED CAVITY BACK ANTENNA}{FILTER INTEGRATED CAVITY BACK ANTENNA}

본 발명은 필터 내장형 캐비티 백 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무선 주파수 송수신 시스템의 크기를 소형화할 수 있는 필터 내장형 캐비티 백 안테나에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cavity-backed antenna with a built-in filter, and more particularly to a cavity-backed cavity antenna with a filter capable of downsizing the size of a radio frequency transmission and reception system.

안테나를 통한 공진에서는 항상 고조파(harmonic)가 발생한다. 고조파는 기본 공진 주파수의 배수가 되는 주파수에서 나타난다.Harmonics always occur at resonance through the antenna. Harmonics appear at frequencies that are multiples of the fundamental resonant frequency.

안테나에서 작은 크기의 신호를 송출할 때에는, 고조파 주파수 대역을 통해 송출되는 신호의 크기가 미약해서 해당 주파수 대역에 거의 영향을 끼치지 않는다. 반면, 안테나에서 큰 크기의 신호를 송출할 때에는, 고조파 주파수 대역을 통해 송출되는 신호가 해당 주파수 대역에 영향을 끼친다.When a signal of a small size is transmitted from an antenna, the signal transmitted through the harmonic frequency band is weak and has little effect on the frequency band. On the other hand, when transmitting a large-sized signal from the antenna, the signal transmitted through the harmonic frequency band affects the corresponding frequency band.

따라서, 안테나에서 큰 크기의 신호를 송출할 때 필터를 사용하여 고조파 주파수 대역을 차단하는 것이 필요하다.Therefore, it is necessary to use a filter to cut off the harmonic frequency band when transmitting an antenna of a large size.

한편, 대부분의 무선 주파수 송수신 시스템은 안테나와 필터가 독립적으로 설계되고, 동축 케이블과 같은 연결수단을 통하여 연결된 구조로 이루어진다. 이에, 시스템의 크기가 크고, 시스템의 구성이 복잡한 문제점이 있다.On the other hand, most radio frequency transmission / reception systems are configured such that the antenna and the filter are independently designed and connected through a connection means such as a coaxial cable. Thus, there is a problem that the size of the system is large and the configuration of the system is complicated.

본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.Techniques as a background of the present invention are listed in the following patent documents.

KRKR 10-2015-002167910-2015-0021679 AA KRKR 10-184330510-1843305 B1B1

본 발명은 크기를 소형화할 수 있는 필터 내장형 캐비티 백 안테나를 제공한다.The present invention provides a cavity-backed antenna with a built-in filter that can be miniaturized in size.

본 발명의 실시 형태에 따른 필터 내장형 캐비티 백 안테나는, 캐비티 백 안테나로서, 캐비티 바디; 상기 캐비티 바디에 내장되는 동축 필터;를 포함한다.A cavity-backed antenna with a built-in filter according to an embodiment of the present invention includes: a cavity body; And a coaxial filter embedded in the cavity body.

상기 캐비티 바디는 상부에 패치가 배치되고, 상기 패치는 상기 동축 필터를 통해 급전되어 동작할 수 있다.The cavity body may have a patch disposed thereon and the patch may be powered through the coaxial filter to operate.

본 발명의 실시 형태에 따른 캐비티 백 안테나는, 판상의 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상면에 형성되는 패치; 상기 유전체 기판의 하면에 부착되는 캐비티 바디; 및 상기 캐비티 바디를 관통하도록 설치되고, 상기 유전체 기판의 하면에 접속되는 동축 필터;를 포함한다.A cavity-back antenna according to an embodiment of the present invention includes: a plate-shaped dielectric substrate; A patch formed on an upper surface of the dielectric substrate; A cavity body attached to the lower surface of the dielectric substrate; And a coaxial filter installed to pass through the cavity body and connected to the lower surface of the dielectric substrate.

상기 캐비티 바디의 상면에 오목하게 형성된 캐비티에 충전되는 유전체 폼;을 포함하고, 상기 동축 필터는 상기 유전체 폼을 관통하도록 설치될 수 있다.And a dielectric foam filled in a cavity formed concavely on an upper surface of the cavity body, wherein the coaxial filter can be installed to penetrate the dielectric foam.

상기 유전체 기판과 상기 캐비티 바디 사이에서 상기 유전체 기판에 상기 캐비티 바디를 부착시키는 유전체 시트; 상기 유전체 시트의 하면에 부착되는 커플링 급전부;를 포함하고, 상기 커플링 급전부와 상기 유전체 시트를 통하여 상기 동축 필터가 상기 유전체 기판의 하면에 접속될 수 있다.A dielectric sheet for attaching the cavity body to the dielectric substrate between the dielectric substrate and the cavity body; And a coupling feeding part attached to a lower surface of the dielectric sheet, wherein the coaxial filter can be connected to the lower surface of the dielectric substrate through the coupling feeding part and the dielectric sheet.

상기 동축 필터의 하면과 상기 캐비티 바디의 하면은 동일 면상에 위치할 수 있다.The lower surface of the coaxial filter and the lower surface of the cavity body may be on the same plane.

상기 동축 필터는 임피던스 매칭이 가능하도록 입력단 및 출력단의 임피던스가 상이할 수 있다.The impedance of the input terminal and the output terminal of the coaxial filter may be different to enable impedance matching.

상기 패치는 임피던스가 100Ω이고, 상기 동축 필터는 입력 임피던스가 50Ω이고, 출력 임피던스가 100Ω일 수 있다.The patch may have an impedance of 100 OMEGA, and the coaxial filter may have an input impedance of 50 OMEGA and an output impedance of 100 OMEGA.

상기 동축 필터는, 전도율을 가지는 중공의 외피; 전도율을 가지고, 상기 외피에 동축 배치되고, 상기 패치에 신호를 인가하며 상기 신호 중의 고조파 주파수 대역을 차단하는 심체;를 포함하고, 상기 외피와 상기 심체는 상하 방향의 길이가 동일할 수 있다.The coaxial filter includes a hollow casing having a conductivity; And a core coaxially disposed on the shell and applying a signal to the patch and blocking a harmonic frequency band of the signal, wherein the shell and the core may have the same length in the vertical direction.

상기 외피와 하단과 상기 심체의 하면과 상기 캐비티 바디의 하면은 동일 면상에 위치할 수 있다.And the lower surface of the core body and the lower surface of the cavity body may be on the same plane.

상기 동축 필터는, 유전율을 가지고, 상기 외피와 상기 심체 사이에 배치되고, 상기 외피의 적어도 일부와 상기 심체의 적어도 일부를 연결시키는 피복부;를 포함할 수 있다.The coaxial filter may include a cap having a dielectric constant and disposed between the shell and the core and connecting at least a part of the core to at least a part of the shell.

상기 피복부는 테프론 재질을 포함할 수 있다.The covering portion may include a Teflon material.

상기 심체는, 임피던스가 50Ω인 제1파트; 상기 제1파트의 상면에서 상측으로 돌출되고, 임피던스가 100Ω인 제2파트; 상기 제2파트의 복수 위치에서 돌출된 링 형상의 제3파트;를 포함하고, 상기 제1파트에 임피던스가 50Ω인 동축 케이블이 제공되고, 상기 제2파트가 상기 유전체 기판의 하면에 접속될 수 있다.The core has a first part having an impedance of 50?; A second part protruding upward from an upper surface of the first part and having an impedance of 100?; And a ring-shaped third part protruding from a plurality of positions of the second part, wherein the first part is provided with a coaxial cable having an impedance of 50 ?, and the second part is connected to the lower surface of the dielectric substrate have.

상기 피복부는 상기 제3파트의 외주면과 상기 외피의 내부면을 연결시키고, 상기 피복부가 배치된 부분을 제외한 상기 외피와 상기 심체 사이에 공간부가 마련될 수 있다.The cover may connect the outer circumferential surface of the third part and the inner surface of the shell, and a space may be provided between the shell and the core excluding the part where the cover is disposed.

상기 제1파트가 상기 제2파트보다 상하 방향의 길이가 짧고, 직경이 클 수 있다.The length of the first part in the vertical direction is shorter than that of the second part, and the diameter of the first part may be larger.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 캐비티 백 안테나의 캐비티 바디에 동축 필터를 내장함으로써, 무선 주파수 송수신 시스템의 크기를 소형화할 수 있고, 복잡성을 해소할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, by incorporating the coaxial filter in the cavity body of the cavity back antenna, the size of the radio frequency transmission / reception system can be reduced and the complexity can be solved.

또한, 캐비티 바디에 내장된 동축 필터가 임피던스 매칭 회로의 역할도 함에따라, 별도의 임피던스 변환기 혹은 매칭 네트워크를 캐비티 백 안테나에 연결시킬 필요가 없으므로, 시스템의 크기를 더욱 소형화할 수 있고, 시스템의 구성을 더욱 간단하게 할 수 있다.In addition, since the coaxial filter built in the cavity body also plays the role of an impedance matching circuit, it is not necessary to connect a separate impedance converter or matching network to the cavity back antenna, so that the size of the system can be further reduced, Can be further simplified.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 필터 내장형 캐비티 백 안테나의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 비교 예에 따른 캐비티 백 안테나의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예와 비교 예에 따른 안테나 특성을 비교하여 도시한 그래프이다.1 is a structural view of a filter-embedded cavity-back antenna according to an embodiment of the present invention.
2 is a structural view of a filter according to an embodiment of the present invention.
3 is a structural view of a cavity-back antenna according to a comparative example of the present invention.
4 is a graph illustrating antenna characteristics according to an embodiment of the present invention and a comparative example.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various forms. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawings may be exaggerated for purposes of describing embodiments of the present invention, wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명의 실시 예에 따른 캐비티 백 안테나(다른 명칭으로 '필터 내장형 캐비티 백 안테나'라고도 한다)는 무선 주파수 송수신 시스템에서 사용할 수 있다.The cavity-back antenna according to the embodiment of the present invention (also referred to as a filter-embedded cavity-back antenna) may be used in a radio frequency transmission / reception system.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 필터 내장형 캐비티 백 안테나의 구조도이다. 이때, 도 1의 (a)는 필터 내장형 캐비티 백 안테나의 분해 사시도이고, 도 1의 (b)는 필터 내장형 캐비티 백 안테나의 단면도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 구조도이다. 이때, 도 2의 (a)는 필터의 사이도이고, 도 2의 (b)는 필터의 단면도이다.1 is a structural view of a filter-embedded cavity-back antenna according to an embodiment of the present invention. 1 (a) is an exploded perspective view of the filter-integrated cavity back antenna, and FIG. 1 (b) is a sectional view of the filter-integrated cavity back antenna. 2 is a structural view of a filter according to an embodiment of the present invention. 2 (a) is a cross-sectional view of the filter, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view of the filter.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 필터 내장형 캐비티 백 안테나는, 캐비티를 제공하는 캐비티 바디(300), 및 캐비티 바디(300)에 내장되는 동축 필터(600)를 포함한다. 이때, 캐비티 바디(300)는 상부에 패치(120)가 배치되고, 패치(120)는 동축 필터(600)를 통해 커플링 급전되어 패치 안테나로서 동작할 수 있다.Referring to FIG. 1, a filter-embedded cavity back antenna according to an embodiment of the present invention includes a cavity body 300 for providing a cavity, and a coaxial filter 600 embedded in the cavity body 300. At this time, the patch body 120 is disposed on the upper part of the cavity body 300, and the patch 120 is coupled through the coaxial filter 600 to operate as a patch antenna.

또는, 필터 내장형 캐비티 백 안테나는, 판상의 유전체 기판(110), 유전체 기판(110)의 상면에 형성되는 패치(120), 유전체 기판(110)의 하면에 부착되는 캐비티 바디(300), 캐비티 바디(300)를 관통하도록 설치되고, 유전체 기판의 하면에 접속되는 동축 필터(600)를 포함한다.Alternatively, the filter-embedded cavity back antenna includes a plate-like dielectric substrate 110, a patch 120 formed on the upper surface of the dielectric substrate 110, a cavity body 300 attached to the lower surface of the dielectric substrate 110, And a coaxial filter 600 installed to penetrate through the dielectric substrate 300 and connected to the lower surface of the dielectric substrate.

또한, 필터 내장형 캐비티 백 안테나는, 캐비티 바디(300)의 상면에 오목하게 형성된 캐비티의 내부에 충전되는 유전체 폼(400), 유전체 기판(110)과 캐비티 바디(300) 사이에서 유전체 기판(110)에 캐비티 바디(300)를 부착시키는 유전체 시트(200), 유전체 시트(200)의 하면에 부착되는 커플링 급전부(500)를 더 포함할 수 있다.The filter-embedded cavity back antenna includes a dielectric foam 400 filled in a cavity formed in a concave shape on an upper surface of the cavity body 300, a dielectric substrate 400 disposed between the dielectric substrate 110 and the cavity body 300, A dielectric sheet 200 for attaching the cavity body 300 to the dielectric sheet 200, and a coupling feeding part 500 attached to the lower surface of the dielectric sheet 200.

이때, 동축 필터(600)는 유전체 폼(400)을 관통하도록 설치될 수 있다. 그리고 커플링 급전부(500)와 유전체 시트(200)를 통하여 동축 필터(600)가 유전체 기판(110)의 하면에 전기적으로 접속될 수 있다.At this time, the coaxial filter 600 may be installed to penetrate the dielectric foam 400. The coaxial filter 600 may be electrically connected to the lower surface of the dielectric substrate 110 through the coupling feeding part 500 and the dielectric sheet 200.

판상의 유전체 기판(110)과 유전체 기판(110)의 상면에 형성되는 패치(120)는 하나의 마이크로스트립 패치 안테나(100)를 형성할 수 있다. A patch 120 formed on the dielectric substrate 110 and the dielectric substrate 110 may form a microstrip patch antenna 100.

유전체 기판(110)은 유전율이 3 이고, 두께가 1.27mm 인 RF-30 기판일 수 있다. 유전체 기판(110)은 사각판 형상일 수 있다. 패치(120)의 형성을 위하여, 유전체 기판(110)은 소정의 면적을 가질 수 있다. 패치(120)는 유전체 기판(120)의 상면의 중심부에 형성될 수 있다.The dielectric substrate 110 may be an RF-30 substrate having a dielectric constant of 3 and a thickness of 1.27 mm. The dielectric substrate 110 may have a rectangular plate shape. For the formation of the patch 120, the dielectric substrate 110 may have a predetermined area. The patch 120 may be formed at the center of the upper surface of the dielectric substrate 120.

패치(120)는 유전체 기판(110)의 상면에 형성될 수 있다. 패치(120)는 사각형 형상으로 형성될 수 있다. 패치(120)의 길이와 폭을 조절하여 동작 주파수를 목표 대역에 맞게 조정할 수 있다. 주파수의 대역폭을 높이기 위하여 패치(120)는 커플링 급전부(500)에 의한 커플링 에너지를 통하여 급전될 수 있다. 패치(120)는 임피던스가 75Ω 또는 100Ω 이 되도록 설계될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 실시 예에서는 패치(120)는 임피던스가 100Ω 이 되도록 설계될 수 있다.The patch 120 may be formed on the upper surface of the dielectric substrate 110. The patch 120 may be formed in a rectangular shape. The operating frequency can be adjusted to the target band by adjusting the length and width of the patch 120. In order to increase the bandwidth of the frequency, the patch 120 may be fed through the coupling energy by the coupling feeding part 500. The patch 120 may be designed to have an impedance of 75? Or 100?. Preferably, in the embodiment of the present invention, the patch 120 may be designed to have an impedance of 100 OMEGA.

유전체 시트(200)는 유전율이 3.206 인 본딩 시트(bonding sheet)를 포함할 수 있다. 유전체 시트(200)는 유전체 기판(110)의 하면과 동일한 형상과 크기로 형성될 수 있다. 유전체 시트는(200)의 상면은 유전체 기판(110)의 하면에 부착될 수 있다. 유전체 시트(200)의 하면에 캐비티 바디(300)가 부착될 수 있다. 즉, 유전체 시트(200)는 마이크로스트립 패치 안테나(100)와 캐비티 바디(300) 간의 연결을 위한 접합층의 역할을 한다.The dielectric sheet 200 may include a bonding sheet having a dielectric constant of 3.206. The dielectric sheet 200 may be formed in the same shape and size as the lower surface of the dielectric substrate 110. The upper surface of the dielectric sheet 200 may be attached to the lower surface of the dielectric substrate 110. The cavity body 300 can be attached to the lower surface of the dielectric sheet 200. That is, the dielectric sheet 200 serves as a bonding layer for connecting the microstrip patch antenna 100 and the cavity body 300.

캐비티 바디(300)는 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 캐비티 바디(300)는 유전체 시트(200)의 하면의 가장자리에 부착될 수 있다. 즉 캐비티 바디(300)는 유전체 시트(200)에 의하여 유전체 기판(110)의 하면에 부착될 수 있다.The cavity body 300 may be formed in a rectangular parallelepiped shape. The cavity body 300 may be attached to the edge of the lower surface of the dielectric sheet 200. That is, the cavity body 300 can be attached to the lower surface of the dielectric substrate 110 by the dielectric sheet 200.

캐비티 바디(300)는 금속 도체일 수 있다. 캐비티 바디(300)는 요구되는 안테나 특성을 위한 최소한의 크기를 만족하도록 크기가 설계될 수 있다.The cavity body 300 may be a metal conductor. The cavity body 300 may be sized to meet a minimum size for the required antenna characteristics.

캐비티 바디(300)는 상면에 오목하게 캐비티가 형성될 수 있다. 캐비티는 상하 방향으로 연장된 네 모서리 부분이 라운드진 직육면체 형상일 수 있다. 캐비티는 주파수 대역폭을 향상시키기 위한 것으로서, 캐비티의 크기와 형상을 조절하여 주파수 대역폭을 조정할 수 있다.The cavity body 300 may have a concave cavity formed on the upper surface thereof. The cavity may have a rectangular parallelepiped shape in which the four corners extending in the vertical direction are rounded. The cavity is used to improve the frequency bandwidth, and the frequency bandwidth can be adjusted by adjusting the size and shape of the cavity.

커플링 급전부(500)는 유전체 시트(200)의 하면의 소정 위치에 부착될 수 있다. 커플링 급전부(500)는 캐비티 내에 위치할 수 있다. 커플링 급전부(500)는 패치(120)로의 커플링 급전이 가능한 금속 포스트일 수 있다. 커플링 급전부(500)의 위치에 따라 패치(120)의 입력 인피던스가 변할 수 있다. 커플링 급전부(500)는 패치(120)의 입력 인피던스가 75Ω 또는 100Ω이 되도록 하는 위치에 형성될 수 있다. 바람직하게는, 커플링 급전부(500)는 패치(120)의 입력 인피던스가 100Ω이 되도록 하는 위치에 형성될 수 있다.The coupling feeding part 500 may be attached to a predetermined position of the lower surface of the dielectric sheet 200. The coupling feeding part 500 may be located in the cavity. Coupling feed portion 500 may be a metal post capable of feeding coupling to patch 120. The input impedance of the patch 120 may vary depending on the position of the coupling feeding part 500. [ The coupling feeding part 500 may be formed at a position where the input impedance of the patch 120 is 75? Or 100?. Preferably, the coupling feeding part 500 may be formed at a position such that the input impedance of the patch 120 is 100 OMEGA.

캐비티에는 유전체 폼(400)이 채워질 수 있다. 즉, 동축 필터(600)와 커플링 급전부(500)가 설치된 공간 이외의 나머지 공간에 유전체 폼(400)을 채워넣어서 캐비티에 빈 공간이 없도록 하였다. 유전체 폼(400)의 유전율에 따라 주파수 대역폭을 조절할 수 있다.The cavity may be filled with a dielectric foam 400. That is, the dielectric foam 400 is filled in the remaining space other than the space where the coaxial filter 600 and the coupling feeding part 500 are installed, so that there is no empty space in the cavity. The frequency bandwidth can be adjusted according to the dielectric constant of the dielectric foam 400.

동축 필터(600)는 캐비티 바디(300)와 유전체 폼(400)을 상하 방향으로 관통하도록 설치될 수 있다. 즉, 동축 필터(600)는 캐비티 바디(300)에 내장되고, 유전체 폼(400)에 의해 보호될 수 있다. 여기서, 동축 필터(600)라고 함은, 동축 형태로 내부 구조가 마련된 필터라는 뜻이다.The coaxial filter 600 may be installed to vertically penetrate the cavity body 300 and the dielectric foam 400. That is, the coaxial filter 600 is embedded in the cavity body 300 and can be protected by the dielectric foam 400. Here, the coaxial filter 600 means a filter having an internal structure in a coaxial shape.

동축 필터(600)는 상단(출력단)이 커플링 급전부(500)에 접촉될 수 있다. 동축 필터(600)는 커플링 급전부(500)를 통하여 유전체 기판(1100의 하면에 전기적으로 접속될 수 있다. 동축 필터(600)의 하단(입력단)과 캐비티 바디(300)의 하면은 동일 면상에 위치할 수 있다. 동축 필터(600)는 패치(120)에 신호를 인가하며 신호 중의 불필요한 고조파 주파수 대역을 차단할 수 있다.The coaxial filter 600 can be brought into contact with the coupling feeding part 500 at its upper end (output end). The coaxial filter 600 can be electrically connected to the lower surface of the dielectric substrate 1100 through the coupling feeding part 500. The lower ends (input ends) of the coaxial filter 600 and the lower surfaces of the cavity body 300 are formed on the same plane Coaxial filter 600 may apply a signal to patch 120 and block unwanted harmonic frequency bands in the signal.

한편, RF 소자 간의 연결에서 신호의 반사에 의한 반사손실이 생길 수 있다. 따라서, 신호 반사가 일어나지 않게 하는 것이 중요하다. 이를 위하여, 각 소자의 입출력 임피던스를 기준 임피던스와 맞춰주어야 한다. 따라서, RF 소자 내부에 임피턴스 매칭을 위한 매칭 네트워크가 필요하다.On the other hand, reflection loss due to signal reflection may occur in the connection between the RF elements. Therefore, it is important to prevent signal reflection. To do this, the input and output impedances of each device must be matched to the reference impedance. Therefore, a matching network for impedance matching is needed inside the RF device.

하지만 본 발명의 실시 예에 따르면, 동축 필터(600)는 임피던스 매칭이 가능하도록 입력단 및 출력단의 임피던스가 상이하게 형성될 수 있다. 따라서, 별도의 매칭 네트워크가 필요하지 아니하며, 동축 필터(600)의 입력단의 임피던스를 기준 임피던스와 맞추어 주면 된다. 여기서, 기준 임피던스는 50Ω일 수 있다.However, according to the embodiment of the present invention, the impedance of the input terminal and the impedance of the output terminal may be different from each other so that impedance matching can be performed. Therefore, a separate matching network is not required, and the impedance of the input terminal of the coaxial filter 600 may be matched to the reference impedance. Here, the reference impedance may be 50?.

예컨대 동축 필터(600)는 입력 임피던스가 후술하는 동축 케이블(미도시)의 임피던스 값(예컨대 50Ω)과 같은 값이 되고, 출력 임피던스가 패치(120)의 임피던스 값(예컨대 75Ω 또는 100Ω)과 같은 값이 되도록 입력단과 출력단이 설계될 수 있다. 이에, 별도의 매칭 네트워크를 구비하지 않아도 되므로, 전체 시스템의 연결 구조가 단순화될 수 있고, 무게와 크기를 줄일 수 있다.For example, the coaxial filter 600 has the same value as the impedance value of the coaxial cable (not shown) (for example, 50?), Which will be described later, and has the same value as the impedance value of the patch 120 The input and output stages can be designed. Thus, since there is no need for a separate matching network, the connection structure of the entire system can be simplified, and the weight and size can be reduced.

또한, 종래의 무선 주파수 송수신 시스템에 구비되는 필터는 보통의 RF 소자들보다 크기가 크다. 따라서, 본 발명의 실시 예와 같이, 동축 필터(600)가 캐비티 바디(300)에 내장된 구조는 이를테면 필터와 안테나가 하나의 모듈로 합해진 필터 내장형 안테나이고, 따라서, 종래보다 시스템의 크기를 소형화할 수 있는 장점이 있다.In addition, the filter provided in the conventional radio frequency transmitting and receiving system is larger than ordinary RF elements. Therefore, as in the embodiment of the present invention, the structure in which the coaxial filter 600 is embedded in the cavity body 300 is a filter-embedded type antenna in which a filter and an antenna are combined into one module. Therefore, There is an advantage to be able to do.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 동축 필터(600)를 설명한다.Hereinafter, a coaxial filter 600 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

동축 필터(600)는, 전도율을 가지는 중공의 외피(620), 전도율을 가지고, 외피(620)에 동축 배치되고, 패치(120)에 신호를 인가하며 신호 중의 고조파 주파수 대역을 차단하는 심체(610), 유전율을 가지고, 외피(620)와 심체(610) 사이에 배치되고, 외피(620)의 적어도 일부와 심체(610)의 적어도 일부를 연결시키는 피복부(630)를 포함할 수 있다.The coaxial filter 600 includes a hollow shell 620 having a conductivity, a core 610 that is coaxially disposed on the shell 620 and that applies a signal to the patch 120 and blocks harmonic frequency bands in the signal. And an envelope 630 having a dielectric constant and disposed between the envelope 620 and the core 610 and connecting at least a portion of the core 610 to at least a portion of the envelope 620.

외피(620)와 심체(610)는 금속 재질일 수 있다. 외피(620)와 심체(610)는 상하 방향의 길이가 동일할 수 있다. 또한, 외피(620)와 하단과 심체(610)의 하면과 캐비티 바디(300)의 하면은 동일 면상에 위치할 수 있다. 외피(620)는 차폐 역할을 하고, 심체(610)는 필터 역할을 할 수 있다. 한편, 외피(620)를 외부 도체라 하고, 심체(610)를 내부 도체라 할 수 있다. 외피(620)는 원통 형상일 수 있다.The sheath 620 and the core 610 may be made of metal. The sheath 620 and the core 610 may have the same length in the vertical direction. The lower surface of the outer skin 620 and the lower surface of the core body 610 and the lower surface of the cavity body 300 may be located on the same plane. The envelope 620 serves as a shield, and the core 610 can serve as a filter. On the other hand, the outer shell 620 may be referred to as an outer conductor, and the core body 610 may be referred to as an inner conductor. The envelope 620 may be cylindrical.

피복부(630)는 유전율이 2.1 인 테프론 재질을 포함할 수 있고, 링 형상으로 형성될 수 있다. 피복부(630)는 외피(620)와 심체(610) 사이의 이격을 없애주는 역할을 하며, 동축 필터(600)가 진동에 강하도록 외피(620)와 심체(610)를 구조적으로 상호 연결시켜줄 수 있다.The covering portion 630 may include a Teflon material having a dielectric constant of 2.1 and may be formed in a ring shape. The covering portion 630 serves to eliminate the separation between the sheath 620 and the core 610 and structurally interconnects the sheath 620 and the core 610 such that the coaxial filter 600 is resistant to vibration .

심체(610)는 상단(출력단)과 하단(입력단)의 임피던스가 서로 다를 수 있다. 심체(610)는 높은 임피던스(100Ω)의 출력단과 낮은 임피던스(50Ω)의 입력단이 캐스케이드(cascade)로 연결된 구조일 수 있다. 이에, 심체(610)는 입력 임피던스가 50Ω이고, 출력 임피던스가 100Ω이 될 수 있다.The core 610 may have different impedances at the upper end (output end) and the lower end (input end). The core 610 may have a structure in which an output terminal of a high impedance (100?) And an input terminal of a low impedance (50?) Are cascade-connected. Thus, the core 610 can have an input impedance of 50 OMEGA and an output impedance of 100 OMEGA.

심체(610)는, 임피던스가 50Ω인 환봉 형상의 제1파트(611), 제1파트(611)의 상면에서 상측으로 돌출되고, 임피던스가 100Ω인 환봉 형상의 제2파트(612), 제2파트(612)의 복수 위치에서 돌출되는 링 형상의 제3파트(613, 614)를 포함할 수 있다. 제3파트(613, 614)는 복수개 예컨대 두 개 형성된 수 있다. 제3파트(613, 614)는 하부 돌출 파트(613) 및 상부 돌출 파트(614)를 포함할 수 있다.The core body 610 includes a first part 611 of a round bar shape having an impedance of 50?, A second part 612 of a round bar shape protruding upward from the upper surface of the first part 611 and having an impedance of 100? And a third part 613 and 614 in the form of a ring projecting from a plurality of positions of the part 612. A plurality of third parts 613 and 614 may be formed, for example, two. The third part 613, 614 may include a lower protruding part 613 and an upper protruding part 614.

제1파트(611)는 동축 필터(600)의 입력단이고, 제2파트(612)의 상단은 동축 필터(600)의 출력단일 수 있다. 제1파트(611)가 제2파트(612)보다 상하 방향의 길이가 짧고, 직경이 클 수 있다. 피복부(630)는 하부 돌출 파트(613) 및 상부 돌출 파트(614)의 외주면과 외피(620)의 내부면을 연결시키도록 마련될 수 있다. 이때, 피복부(630)가 배치된 부분을 제외한 외피(620)와 심체(610) 사이에 공간부(640)가 마련될 수 있다. 공간부(640)는 공기가 존재할 수 있고, 이에, 유전율이 1일 수 있다. 동축 필터(600)는 상술한 형태로 형성되어 저역 통과 필터의 역할을 수행할 수 있다. 한편, 제1파트(611) 및 제2파트(612)는 직경을 조절하여 임피던스를 조절할 수 있다. 예컨대 제2파트(612)의 직경을 작게 할수록 임피던스를 증가시킬 수 있고, 제2파트(612)의 직경을 크게 할수록 임피던스를 감소시킬 수 있다.The first part 611 is the input of the coaxial filter 600 and the upper part of the second part 612 is the output of the coaxial filter 600. The length of the first part 611 in the vertical direction is shorter than that of the second part 612, and the diameter of the first part 611 may be larger. The covering portion 630 may be provided to connect the outer circumferential surface of the lower protruding part 613 and the upper protruding part 614 to the inner surface of the outer cover 620. At this time, a space portion 640 may be provided between the sheath 620 and the core 610 except the portion where the covering portion 630 is disposed. Air may be present in the space 640, so that the dielectric constant may be one. The coaxial filter 600 may be formed in the above-described configuration to serve as a low-pass filter. Meanwhile, the first part 611 and the second part 612 can adjust the impedance by controlling the diameter. For example, the impedance can be increased as the diameter of the second part 612 is decreased, and the impedance can be decreased as the diameter of the second part 612 is increased.

제1파트(611)에 임피던스가 50Ω인 동축 케이블(미도시)이 제공될 수 있다. 제2파트(612)가 커플링 급전부(500)에 접촉하며, 커플링 급전부(500)를 통하여 유전체 기판(110)의 하면에 전기적으로 접속될 수 있다.The first part 611 may be provided with a coaxial cable (not shown) having an impedance of 50 ?. The second part 612 contacts the coupling feeding part 500 and can be electrically connected to the lower surface of the dielectric substrate 110 through the coupling feeding part 500. [

제1파트(611)는 동축 케이블로부터 급전을 제공받을 수 있다. 동축 케이블에 신호가 인가되면, 인가된 신호는 동축 케이블을 통하여 제1파트(611) 예컨대 입력단에 입력되고, 입력된 신호는 제2파트(612)의 상단(출력단)에서 커플링 급전부(500)로 츨력되고, 출력된 신호는 커플링 급전부(500)에서 패치(120)로 커플링 급전된다. 이때, 입력단과 출력단을 거치면서 임피던스가 매칭될 수 있고, 불필요한 대역의 신호가 감쇠될 수 있다.The first part 611 can be supplied with power from the coaxial cable. When a signal is applied to the coaxial cable, the applied signal is input to the first part 611, for example, the input terminal through the coaxial cable, and the input signal is inputted to the coupling feeding part 500 , And the output signal is coupled to the patch 120 from the coupling power feeder 500. At this time, the impedances can be matched through the input terminal and the output terminal, and unnecessary band signals can be attenuated.

상술한 필터 내장형 캐비티 백 안테나는 주파수 2.9 ㎓ 내지 3.4 ㎓ 대역에서 동작하도록 설계될 수 있다.The above-described filter-incorporated cavity back antenna can be designed to operate in the frequency range of 2.9 GHz to 3.4 GHz.

도 3은 본 발명의 비교 예에 따른 캐비티 백 안테나 구조도이다.3 is a structural view of a cavity-back antenna according to a comparative example of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 비교 예에 따른 캐비티 백 안테나는, 판상의 유전체 기판(11)과 유전체 기판(11)의 상면에 형성된 패치(12)를 구비하는 마이크로스트립 패치 안테나(10), 유전체 기판(11)의 하면에 부착되는 유전체 시트(20), 유전체 시트(20)의 하면에 부착되는 캐비티 바디(30), 캐비티 바디(30)의 상면에 형성된 캐비티에 충전되는 유전체 폼(40), 상부가 유전체 시트(20)의 하면에 부착되고, 하부가 캐비티 바디(20)의 하면을 상하 방향으로 관통하도록 배치되는 커플링 급전부(50)를 포함한다.3, a cavity-back antenna according to a comparative example of the present invention includes a microstrip patch antenna 10 having a plate-like dielectric substrate 11 and a patch 12 formed on a top surface of the dielectric substrate 11, A dielectric sheet 20 attached to the lower surface of the dielectric substrate 11, a cavity body 30 attached to the lower surface of the dielectric sheet 20, a dielectric foam 40 filled in the cavity formed on the upper surface of the cavity body 30, And a coupling feeding part 50 which is attached to the lower surface of the dielectric sheet 20 and whose lower part penetrates the lower surface of the cavity body 20 in the up and down direction.

즉, 본 발명의 비교 예에 따른 캐비티 백 안테나는 본 발명의 실시 예에 따른 동축 필터(600)를 포함하지 않는다.That is, the cavity-back antenna according to the comparative example of the present invention does not include the coaxial filter 600 according to the embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예와 비교 예에 따른 안테나 특성을 비교하여 도시한 그래프이다. 여기서, 도 4의 (a)는 S11을 나타내고, 도 4의 (b)는 이득(realized gain)을 나타낸다.4 is a graph illustrating antenna characteristics according to an embodiment of the present invention and a comparative example. Here, Fig. 4 (a) shows S11 and Fig. 4 (b) shows realized gain.

본 발명의 실시 예에 따른 필터 내장형 캐비티 백 안테나를 준비하였다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 필터 내장형 캐비티 백 안테나는 동축 필터가 5차 필터로 설계된 버전 및 동축 필터가 6차 필터로 설계된 버전을 각기 준비하였다.A cavity-backed antenna with a built-in filter according to an embodiment of the present invention was prepared. In this case, the cavity-backed antenna with a built-in filter according to the embodiment of the present invention has a version in which a coaxial filter is designed as a fifth-order filter and a coaxial filter is designed as a sixth-order filter.

그리고 본 발명의 비교 예에 따른 캐비티 백 안테나를 준비하였다.Then, a cavity-back antenna according to a comparative example of the present invention was prepared.

본 발명의 실시 예에 따른 필터 내장형 캐비티 백 안테나들과 본 발명의 비교 예에 따른 캐비티 백 안테나에 급전을 위하여 임피던스가 50 Ω인 동축 케이블을 각각 접속시켰다.The cavity-embedded cavity-back antennas according to the embodiment of the present invention and the cavity-back antenna according to the comparative example of the present invention were connected to a coaxial cable having an impedance of 50? For feeding.

본 발명의 실시 예에 따른 필터 내장형 캐비티 백 안테나들과 본 발명의 비교 예에 따른 캐비티 백 안테나를 작동시키며, 안테나 특성을 측정하고, 측정된 결과를 그래프로 도시하였다. 여기서, 작동 주파수의 목표 대역을 2.9 ㎓ 내지 3.4 ㎓ 로 하였다.The cavity built-in cavity back-up antennas according to the embodiment of the present invention and the cavity back-up antenna according to the comparative example of the present invention are operated to measure the antenna characteristics and the measured results are shown in a graph. Here, the target band of the operating frequency was 2.9 GHz to 3.4 GHz.

도 4의 (a) 및 (b)를 보면, 세 가지 경우 모두 목표 대역에서 10 dB 이하의 S11과 5dB 이상의 realized gain을 갖는다.4 (a) and 4 (b), all three cases have realized gains of S11 and 5 dB or more at 10 dB or less in the target band.

하지만 5차 필터로 설계된 동축 필터를 내장한 캐비티 백 안테나(이하 '실시 예 1'이라고 한다)의 측정 결과를 나타낸 'Intergrated 5th order filter' 그래프와 6차 필터로 설계된 동축 필터를 내장한 캐비티 백 안테나(이하 '실시 예 2'라고 한다)의 측정 결과를 나타낸 'Intergrated 6th order filter' 그래프를 보면, 목표 주파수 대역 이외의 주파수 대역에서 보다 높은 S11과 낮은 realized gain을 갖는 것을 볼 수 있다.However, the 'Intergrated 5th order filter' graph showing the measurement result of the cavity back antenna (hereinafter, referred to as 'Example 1') having the coaxial filter designed with the fifth filter and the cavity back antenna (S11) and a low realized gain in a frequency band other than the target frequency band in the graph of the 'Intergrated 6th order filter' showing the measurement result of the second embodiment (hereinafter referred to as 'embodiment 2').

반면, 동축 필터를 내장하지 않은 캐비티 백 안테나('비교 예'라고 한다)의 측정 결과를 나타낸 'Only antenna' 그래프를 보면, 목표 주파수 대역 이외의 주파수 대역에서 보다 낮은 S11과 높은 realized gain을 갖는 것을 볼 수 있다.On the other hand, the 'Only antenna' graph showing the measurement results of the cavity-back antenna without the coaxial filter (referred to as a "comparative example") shows that S11 and a realized realized gain lower than those in the target frequency band can see.

즉, 실시 예 1과 실시 예 2는 필터의 특성과 안테나의 특성을 모두 구현하였다는 것을 확인할 수 있다.That is, it can be seen that Embodiments 1 and 2 implement both the characteristics of the filter and the characteristics of the antenna.

여기서, 실시 예 1과 실시 예 2를 비교하면, 실시 예 2가 목표 주파수 대역 이외의 주파수 대역에서 realized gain이 더 낮은 것을 확인할 수 있다. 즉, 필터 차수가 높아질수록 주파수 차단 특성이 더 좋은 것을 알 수 있다.Here, comparing Example 1 with Example 2, it is confirmed that Example 2 has a lower realized gain in a frequency band other than the target frequency band. That is, the higher the filter order, the better the frequency blocking characteristic.

하지만, 크기면에서 보면, 실시 예 1은 동축 필터가 5차 필터로 설계된 결과 높이 파라미터가 21.97mm로 설계되었고, 실시 예 2는 동축 필터가 6차 필터로 설계된 결과 높이 파라미터가 28.32mm로 설계되었다.However, in terms of size, the first embodiment is designed such that the coaxial filter is designed as a fifth-order filter and the height parameter is designed as 21.97 mm. In the second embodiment, the coaxial filter is designed as a sixth- .

즉, 필터 내장형 캐비티 백 안테나의 전체 크기를 줄이는 면에서는 실시 예 1이 더 우수함을 알 수 있다.That is, it can be seen that Embodiment 1 is more excellent in terms of reducing the overall size of the filter-incorporated cavity back antenna.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.The above-described embodiments of the present invention are for the explanation of the present invention and are not intended to limit the present invention. It should be noted that the configurations and the methods disclosed in the above embodiments of the present invention may be modified into various forms by combining or intersecting with each other, and such modifications are also within the scope of the present invention. That is, the present invention may be embodied in various forms within the scope of the claims and equivalents thereof, and it is possible for the technician skilled in the art to make various embodiments within the scope of the technical idea of the present invention. .

110: 유전체 기판
120: 패치
200: 유전체 시트
300: 캐비티 바디
400: 유전체 폼
500: 커플링 급전부
600: 동축 필터110: dielectric substrate
120: Patch
200: dielectric sheet
300: Cavity body
400: dielectric foam
500: Coupling feeding part
600: coaxial filter

Claims (15)

캐비티 백 안테나로서,
캐비티 바디;
상기 캐비티 바디에 내장되는 동축 필터;를 포함하고,
상기 캐비티 바디는 상부에 패치가 배치되고,
상기 패치는 상기 동축 필터를 통해 급전되어 동작하고,
상기 동축 필터는,
전도율을 가지는 중공의 외피;
전도율을 가지고, 상기 외피에 동축 배치되고, 상기 패치에 신호를 인가하며 상기 신호 중의 고조파 주파수 대역을 차단하는 심체;를 포함하며,
상기 외피와 상기 심체는 상하 방향의 길이가 동일한 필터 내장형 캐비티 백 안테나.As a cavity back antenna,
Cavity body;
And a coaxial filter embedded in the cavity body,
Wherein the cavity body has a patch disposed thereon,
The patch is fed through the coaxial filter to operate,
The coaxial filter includes:
A hollow shell having a conductivity;
And a core coaxially disposed on said shell, said core having a conductivity and applying a signal to said patch and blocking a harmonic frequency band in said signal,
And the core and the core have the same length in the vertical direction. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 동축 필터의 하면과 상기 캐비티 바디의 하면은 동일 면상에 위치하는 필터 내장형 캐비티 백 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the lower surface of the coaxial filter and the lower surface of the cavity body are located on the same plane. 청구항 1에 있어서,
상기 동축 필터는 임피던스 매칭이 가능하도록 입력단 및 출력단의 임피던스가 상이한 필터 내장형 캐비티 백 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the coaxial filter has different impedances of an input terminal and an output terminal so that impedance matching can be performed. 청구항 1에 있어서,
상기 패치는 임피던스가 100Ω이고,
상기 동축 필터는 입력 임피던스가 50Ω이고, 출력 임피던스가 100Ω인 필터 내장형 캐비티 백 안테나.The method according to claim 1,
The patch has an impedance of 100 OMEGA,
Wherein the coaxial filter has an input impedance of 50 OMEGA and an output impedance of 100 OMEGA. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 외피와 하단과 상기 심체의 하면과 상기 캐비티 바디의 하면은 동일 면상에 위치하는 필터 내장형 캐비티 백 안테나.The method according to claim 1,
And the lower surface of the core body and the lower surface of the cavity body are located on the same plane. 청구항 1에 있어서,
상기 동축 필터는,
유전율을 가지고, 상기 외피와 상기 심체 사이에 배치되고, 상기 외피의 적어도 일부와 상기 심체의 적어도 일부를 연결시키는 피복부;를 포함하는 필터 내장형 캐비티 백 안테나.The method according to claim 1,
The coaxial filter includes:
And a covering portion having a dielectric constant and disposed between the sheath and the core, the covering portion connecting at least a portion of the sheath with at least a portion of the sheath. 청구항 11에 있어서,
상기 피복부는 테프론 재질을 포함하는 필터 내장형 캐비티 백 안테나.The method of claim 11,
Wherein the covering portion comprises a Teflon material. 청구항 11에 있어서,
상기 심체는,
임피던스가 50Ω인 제1파트;
상기 제1파트의 상면에서 상측으로 돌출되고, 임피던스가 100Ω인 제2파트;
상기 제2파트의 복수 위치에서 돌출된 링 형상의 제3파트;를 포함하고,
상기 제1파트에 임피던스가 50Ω인 동축 케이블이 제공되고,
상기 제2파트는 상기 동축 케이블에서 상기 제1파트로 입력된 신호를 상기 패치로 급전하는 필터 내장형 캐비티 백 안테나.The method of claim 11,
Wherein the core body comprises:
A first part having an impedance of 50?;
A second part protruding upward from an upper surface of the first part and having an impedance of 100?;
And a ring-shaped third part protruding from a plurality of positions of the second part,
A coaxial cable having an impedance of 50? Is provided on the first part,
And the second part feeds a signal input from the coaxial cable to the first part to the patch. 청구항 13에 있어서,
상기 피복부는 상기 제3파트의 외주면과 상기 외피의 내부면을 연결시키고,
상기 피복부가 배치된 부분을 제외한 상기 외피와 상기 심체 사이에 공간부가 마련되는 필터 내장형 캐비티 백 안테나.14. The method of claim 13,
The covering portion connects the outer circumferential surface of the third part and the inner surface of the sheath,
And a space is provided between the outer shell and the core, except for a portion where the cover is disposed. 청구항 13에 있어서,
상기 제1파트가 상기 제2파트보다 상하 방향의 길이가 짧고, 직경이 큰 필터 내장형 캐비티 백 안테나.14. The method of claim 13,
Wherein the first part is shorter in the vertical direction than the second part and has a larger diameter.
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