KR102048355B1 - antenna module having monopole antenna with multi band circular polarization - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이다, 무선 통신 등 분야에 사용될 수 있는 안테나에 관한 것으로 보다 상세하게는 안테나 가운데 다대역 원형편파 송수신에 적합한 구성을 갖는 모노폴 안테나를 구비하는 안테나 모듈에 대한 것이다.The present invention relates to an antenna that can be used in fields such as radar, wireless communication, and more particularly to an antenna module having a monopole antenna having a configuration suitable for multi-band circular polarization transmission and reception among the antennas.
일반적으로 레이다(radar)는 한편으로 전자파를 방사하고 한편으로 방사된 전자파가 목표 물체의 표면으로부터 반사되는 전자파의 에코를 수신하는 장치로, 송신부, 안테나, 송수신전환부, 수신부, 표시부 등으로 구성되며, 안테나로는 지향성을 가질 수 있는 접시 안테나(parabolic antenna), 위상배열 안테나(phased array antenna) 등을 사용할 수 있다.In general, a radar is a device that emits electromagnetic waves on the one hand and receives echoes of electromagnetic waves reflected from the surface of the target object on the one hand. The radar includes a transmitter, an antenna, a transmission / reception switch, a receiver, a display, and the like. As an antenna, a parabolic antenna, a phased array antenna, or the like, which may have directivity, may be used.
레이다에 사용되는 이들 안테나에 있어서, 접시안테나는 기계식 회전방식에 의하여 지향 방향을 변화시키면서 빔을 주사(scan)하고 있으며, 위상배열 안테나는 위상을 제어하여 지향 방향을 변화시키면서 전자빔을 주사한다. In these antennas used for radar, the dish antenna scans the beam while changing the directing direction by a mechanical rotation method, and the phased array antenna scans the electron beam while controlling the phase by changing the directing direction.
최근에는 다수의 고속으로 이동하는 표적를 동시에 추적할 필요성이 크게 증대되고 있다. 가령 미사일의 발달로 원거리 요격이 가능해지면서 전투기는 먼거리의 적을 먼저 발견하고, 적이 다수인 경우 이들을 가능한 한 빠짐없이 발견하고 그 움직임을 파악하는 것이 생존과 목표 업무 수행에 매우 중요한 관건이 된다. In recent years, the need to simultaneously track a large number of high speed moving targets is greatly increased. For example, with the development of missiles, long-range interception is possible, and fighters first find distant enemies, and if there are a large number of them, finding them as far as possible and understanding their movements is critical to survival and performance.
그러나 기계식 회전방식으로 주사하는 접시안테나의 경우에는 1분에 6회, 최대 12회 회전하여도 좁은 각도(대략 2°정도)의 빔을 방사하므로, 음속 3배 이상의 비행체를 탐지하여 식별, 추적하는 것은 불가능에 가깝게 된다. 따라서 레이다가 고정된 위치에서 전자적으로 위상을 제어하여, 가령 전방을 향하는 직선으로부터 ±45° 범위의 영역으로, 전자빔이 주사될 수 있도록 하는 위상배열 안테나의 사용이 크게 증대되고 있다. However, in the case of the dish antenna scanned by the mechanical rotation method, the beam is emitted at a narrow angle (approximately 2 °) even if it rotates 6 times a minute or up to 12 times. Things are near impossible. Therefore, the use of phased array antennas that electronically control the phase at a fixed position so that the electron beam can be scanned, for example, in a range of ± 45 ° from a straight forward line, has been greatly increased.
이러한 위상배열 안테나는 복사소자(radiating element), 급전부(loading unit), 위상변위기(phaseshifter) 등을 구비하여 이루어지며, 내부에 대략 수백 개에서 많게는 수 만개의 소자 안테나, 예를 들면 다이폴(Dipole) 또는 더블렛(Doublet) 안테나 등 소자 안테나를 소정의 패턴으로 배열하여 이루어진다.Such a phased array antenna is provided with a radiating element, a loading unit, a phase shifter, and the like, and includes about hundreds to as many as tens of thousands of element antennas, for example, dipoles. A device antenna such as a dipole or a doublet antenna is arranged in a predetermined pattern.
또한, 위상배열 안테나는 배열된 각 소자 안테나의 전류 위상을 변화시키는 것에 의하여 소정의 방사패턴을 공간에 주사할 수 있으며, 하나의 위상배열로 다수의 목표물을 추적하는 것이 가능하고, 비행기와 같은 이동체의 표면에 설치하는 경우 표면의 형상에 대응하여 소자 안테나를 배열하는 것이 가능하다. In addition, the phased array antenna can scan a predetermined radiation pattern in space by changing the current phase of each of the arrayed element antennas, and it is possible to track a plurality of targets in one phased array, and to move a moving object such as an airplane. When installed on the surface of the device antenna can be arranged corresponding to the shape of the surface.
도1은 이러한 위상배열 안테나를 이루는 안테나 모듈(2)의 한 예로서 병렬공급배열을 가지는 안테나 모듈을 나타내는 개략적 구성 개념도이다. 도시된 개념도에서 위상배열 레이더의 송수신부(1)가 안테나 모듈(2)에서 신호전력을 전달하는 도전선(5) 및 위상변위기(7)를 통해 다이폴 형태의 복사소자(복사체 : 3)와 연결된 것을 볼 수 있다. 또한, 도1과 같은 안테나 모듈은 하나의 회로보드 형태로 구성되어 상하로 여러 층이 설치, 배열됨으로써 복사소자가 한 평면에 2차원적으로 배열된 형태를 이루고 이로써 전체적인 위상배열 안테나를 이루는 것이 통상적이다.Fig. 1 is a schematic structural diagram showing an antenna module having a parallel supply arrangement as an example of the
도1에서는 복사소자로서 다이폴 타입의 복사소자를 사용하고 있지만 모노폴 형태의 복사소자를 사용하여 위상배열 안테나를 구성할 수 있음도 물론 잘 알려져 있으며, 주어진 공간, 용도, 비용 등의 상황에 맞추어 모노폴 타입과 다이폴 타입의 안테나 가운데 선택을 할 수 있다.In FIG. 1, although a dipole type radiation element is used as a radiation element, it is well known that a phased array antenna can be constructed using a monopole radiation element, and a monopole type according to a given space, use, cost, etc. You can choose between and antenna of the dipole type.
한편, 위상배열 안테나는 복수 개의 안테나를 사용하므로, 경량의 소형, 박형 구조로 제작이 용이하고 제작 단가가 저렴하며 집적회로와 함께 집적될 수 있는 장점을 가지고 있는 마이크로스트립(microstrip) 구조를 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, since the phased array antenna uses a plurality of antennas, it is easy to manufacture in a lightweight, compact and thin structure, and the manufacturing cost is low, and it uses a microstrip structure that has the advantage of being integrated with an integrated circuit. It is preferable.
도2 및 도3은 이러한 마이크로 스트립 구조를 적용한 종래의 안테나의 일 예에 대한 개별 안테나 구성을 단순화하여 개략적으로 나타내는 평면도 및 하나의 측단면도이다.2 and 3 are a plan view and a side cross-sectional view schematically showing a simplified and simplified individual antenna configuration for an example of a conventional antenna to which such a microstrip structure is applied.
여기서는 복사소자(20)가 모노폴 구조로 형성된다. 이러한 모노폴 구조는 마이크로 스트립 기판(10) 상에 안테나 길이를 다이폴 타입의 절반 길이로 형성할 수 있다는 측면에서 같은 갯수의 위상배열용 개별 안테나를 설치할 때 설치 공간을 줄일 수 있다는 이점을 가진다. 즉, 다이폴 타입에서 복사소자 전체 길이가 송수신파 반파장 길이에 맞게 형성할 때 모노폴 타입에서는 송수신파 1/4 파장 길이에 맞게 형성할 수 있으므로 설치 공간을 줄일 수 있다. Here, the
그리고 여기서는 긴 직사각형의 패치형 복사소자(20)를 사용하며, 패치형 복사소자가 전자파를 방사하도록 복사소자에는 전계 변화를 인가하기 위한 급전선이 일 측에 연결되고, 모노폴 타입의 안테나 기능을 위한 접지도 복사소자의 일 측 끝단에서 이루어진다. In this case, a long rectangular patch type
이런 구성은 유전체 기판(10)에서 상면에 패치형 복사소자(20)를 이루도록 긴 직사각형 도전패턴을 형성하고, 기판(10) 하면에는 급전선(41)과 접지전극(43) 패턴을 형성하되, 기판에 형성된 통공을 통해 복사소자와 급전선을 연결하는 급전핀(31)과, 접지전극과 복사소자를 연결하는 접지핀 혹은 단락핀(shorting pin: 33)을 함께 형성하는 방식으로 이루어질 수 있다. In this configuration, a long rectangular conductive pattern is formed on the top surface of the
그런데, 도 2와 같은 종래의 직사각형 패치를 이용한 모노폴 안테나 구조에서는 선형편파 성분과 원형편파 성분이 혼재 발생되어 가령 레이더의 경우 뒷단에 필터나 기타 조절요소를 통해 단일 대역 원형 편파에 가까운 형태로 공중으로 방사되고 수신파는 역의 과정을 통해 안테나에 수신되므로 안테나 전반 혹은 레이더 전반의 구조가 좀 더 복잡해지는 문제가 문제가 있다.However, in the conventional monopole antenna structure using a rectangular patch as shown in FIG. 2, linear polarization components and circular polarization components are mixed, and, for example, in the case of a radar, a filter or other control element is applied to the rear of the radar to form a single band circular polarization. There is a problem in that the structure of the overall antenna or the radar is more complicated because the radiation is received and received by the antenna through the reverse process.
이런 문제점 해결을 위해 기본적으로 직사각형의 패치형 모노폴 안테나 구조를 가지면서 방사되는 전파가 선형편파가 아닌 원형편파의 특성을 가지도록 긴 직사각형에서 길이에 대한 폭의 크기 비율을 높여 형태를 수정하거나 이와 동시에 혹은 이와 별도로 안테나 끝단에 탭핑을 하여 전류방향에 따른 원형편파 특성을 가지도록 안테나 형태를 설계하는 것을 고려할 수 있다. To solve this problem, it is basically a rectangular patch-type monopole antenna structure, and the shape is modified by increasing the ratio of the width to the length in the long rectangle so that the radiated radio waves have the characteristics of circular polarization rather than linear polarization. Separately, it may be considered to design the antenna shape to have a circular polarization characteristic according to the current direction by tapping the antenna end.
그러나, 위의 어느 경우든 원형 편파를 안테나에서 방사하여 이용할 때에는 일반적으로 원형편파 안테나는 선형편파 안테나보다 대역폭이 좁은 단점이 있으므로 대역폭이 작아진다. 아울러 원형편파의 경우, 편파 간의 축비도 문제가 될 수 있다.However, in any of the above cases, when the circularly polarized antenna is radiated from the antenna, the circularly polarized antenna generally has a disadvantage that the bandwidth is narrower than that of the linearly polarized antenna. In addition, in the case of circular polarization, the axial ratio between polarizations may be a problem.
본 발명은 종래의 모노폴 안테나의 문제점을 개선, 해결하기 위한 것으로, 선형편파 안테나에서 타겟의 회전이나 움직임에 따라 발생하는 편파 미스매칭, 페이딩, 효율 저하 등 단점을 저감시킬 수 있는, 원형편파 특성을 가지는 모노폴 안테나를 구비한 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to improve and solve the problems of the conventional monopole antenna, a circular polarization characteristic that can reduce the disadvantages such as polarization mismatching, fading, efficiency degradation caused by the rotation or movement of the target in the linearly polarized antenna An object of the present invention is to provide an antenna module having a monopole antenna.
본 발명은 동시에 타겟 감지를 위한 높은 주파수 영역과 낮은 주파수 영역을 함께 사용하여(이하에서 높은 주파수와 낮은 주파수는 상대적인 개념임) 주파수 대역폭을 증가시킬 수 있고 축비 문제를 완화시키는 것이 용이한 구성을 이루는 것이 가능한 원형편파 특성을 가지는 모노폴 안테나를 구비한 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention uses a combination of high and low frequency domains for target detection at the same time (hereinafter, high and low frequencies are relative concepts) to increase the frequency bandwidth and make it easy to alleviate the axial ratio problem. It is an object of the present invention to provide an antenna module having a monopole antenna having circular polarization characteristics.
본 발명은 모노폴을 이루는 안테나의 복사체의 기하학적 형태 구성, 배치를 이용하여 공간 효율을 높일 수 있는, 다대역 원형편파 특성을 가지는 모노폴 안테나를 구비한 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an antenna module having a monopole antenna having a multi-band circular polarization characteristic, which can increase spatial efficiency by using a geometrical configuration and arrangement of a radiator of a monopole antenna.
본 발명은 높은 주파 부분과 낮은 주파 부분을 함께 이용하되 고주파 담당부와 저주파 담당부 사이의 상호 영향 및 잡음을 줄일 수 있는 원형편파 특성을 가지는 모노폴 안테나를 구비한 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an antenna module having a monopole antenna having a circular polarization characteristic that can be used together with a high frequency portion and a low frequency portion to reduce mutual influence and noise between a high frequency portion and a low frequency portion. .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 The present invention for achieving the above object
가운데 접지전극 및 급전선을 두고 유전층으로 이격된 상면과 하면의 양면에 모노폴 타입 개별 안테나로서 패치형 복사체를 배열시킨 안테나 모듈로서,An antenna module in which patch-type radiators are arranged as monopole type individual antennas on both sides of the upper and lower surfaces separated by a dielectric layer with a ground electrode and a feed line in the middle,
패치형 복사체는 상대적으로 낮은 주파수를 위해 긴 직사각형이 일방으로 구부러지게 형성된 저주파 대역용 부분과 상대적으로 높은 주파수를 위해 짧은 직사각형으로 형성된 고주파 대역용 부분과 이들을 연결시키는 굴곡진 패턴의 연결부를 구비하여 이루어지고,The patch-type radiator consists of a portion for the low frequency band in which a long rectangle is bent in one direction for a relatively low frequency, and a portion in the high frequency band formed in a short rectangle for a relatively high frequency and a connecting portion of a curved pattern connecting them. ,
저주파 대역용 부분 및 고주파 대역용 부분에서, 연결부와 인접된 부분에는 유전층을 통해 접지전극과 연결되는 접지핀 혹은 단락핀이 설치되고, 접지핀에 인접하되 연결부와 반대쪽 부분에는 급전선과의 연결을 위한 급전핀이 설치되고,In the low frequency band and the high frequency band, a ground pin or a short pin connected to the ground electrode through a dielectric layer is installed at a portion adjacent to the connection portion, and adjacent to the ground pin, but connected to a feed line at the portion opposite to the ground portion. Feed pin is installed,
상면의 고주파 대역용 부분과 하면의 고주파 대역용 부분, 상면의 저주파 대역용 부분과 하면의 저주파 대역용 부분에는 외부에서 볼 때 서로 다른 회전방향을 가지는 원형편파가 발생, 송수신될 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.The high frequency band portion on the upper surface and the high frequency band portion on the lower surface, the low frequency band portion on the upper surface and the low frequency band portion on the lower surface are characterized in that circular polarizations having different rotation directions when viewed from the outside can be generated and transmitted and received. It is done.
본 발명에서 저주파 대역용 부분 및 고주파 대역용 부분의 일부 모서리에는 모따기 형태의 탭핑부가 설치되어 원형편파 형성이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that a tapping portion in the form of a chamfer is installed at some edges of the low frequency band portion and the high frequency band portion so that circular polarization can be easily formed.
본 발명에서 상면과 하면에 각각 설치되는 패치형 복사체는 가운데 층을 중심으로 볼 때 대칭을 이루어 어느 한 면에서 다른 면을 향하여 볼 때 상하로 서로 겹치도록 이루어질 수 있다. In the present invention, the patch-type radiators respectively installed on the upper and lower surfaces may be symmetrical when viewed from the center layer, and may overlap each other up and down when viewed from one side toward the other.
이런 경우, 상면에 설치되는 패치형 복사체와 하면에 설치되는 패치형 복사체는 동일한 급전선으로 급전할 때 서로 반대되는 방향의 전류가 유기되고, 따라서 서로 반대되는 회전방향의 원형편파를 방사하도록 이루어질 수 있다. In this case, the patch-type radiators provided on the upper surface and the patch-type radiators provided on the lower surface are induced with currents in opposite directions when feeding to the same feed line, and thus radiate circular polarizations in opposite rotation directions.
탭핑부의 위치에 따라 전류 방향은 영향을 받을 수 있으며, 동일 면에 설치된 고주파 대역용 부분과 저주파 대역용 부분이 같은 회전방향의 원형편파를 담당할 수도 있지만 서로 다른 회전방향의 원형 편파를 담당하는 것도 가능하다. Depending on the position of the tapping part, the current direction may be affected.The part for the high frequency band and the part for the low frequency band installed on the same surface may be responsible for circular polarization in the same rotational direction, but may also be responsible for circular polarization in different rotational directions. It is possible.
본 발명에서 연결부는 저주파 대역용 부분과 고주파 대역용 부분을 최단으로 연결하는 직선에서 벗어나 우회하듯 구부러진 형태, 가령 미앤더 형태로 이루어져 통상적인 의미의 고주파 신호에 대해서는 일종의 코일 및 캐퍼시터로 작용하면서 상대적 저주파 대역용 부분과 상대적 고주파 대역용 부분 사이의 상호간의 영향을 차단하는 역할을 하게 된다.In the present invention, the connection portion is formed in a bent form, such as a meander form, bypassed from a straight line connecting the low frequency band portion and the high frequency band portion at the shortest, for example, a relatively low frequency while acting as a kind of coil and capacitor for a high frequency signal in a conventional sense. It serves to block the mutual influence between the band portion and the relative high frequency band portion.
본 발명에서 안테나의 설치 공간을 줄이기 위해 고주파 대역용 부분은 저주파 대역용 부분의 구부러진 부분의 아래쪽 부분 혹은 내각측 공간에 설치되고 연결부도 마찬가지로 내각측 공간에서 이들 고주파 대역용 부분과 저주파 대역용 부분 사이에 설치되는 것이 바람직하다.In the present invention, in order to reduce the installation space of the antenna, the portion for the high frequency band is installed in the lower portion or the inner space of the bent portion of the low frequency band portion, and the connection part is similarly between the portion for the high frequency band and the low frequency band portion in the inner space. It is preferably installed in.
본 발명에 따르면 패치형 복사체로 모노폴 안테나를 구현할 때 다대역 원형편파 송수신이 이루어질 수 있도록 함으로써 선형편파나 단일대역 원형편파 송수신에 따르는 단점을 극복하고, 저주파 담당부와 고주파 담당부를 개별 안테나에 함께 설치하여 이용가능한 대역폭을 증가시키는 효과를 가질 수 있다.According to the present invention, by implementing a monopole antenna with a patch-type radiator, multiband circular polarization transmission and reception can be performed, thereby overcoming the disadvantages of linear and singleband circular polarization transmission and reception, and installing a low frequency charge unit and a high frequency charge unit together on separate antennas. It can have the effect of increasing the available bandwidth.
또한, 본 발명의 모노폴 안테나의 일 측면에 따르면 저주파 담당부를 형성할 때 전체 길이의 일부를 기역자 모양(좌우가 바뀐 형태도 포함)으로 구부러진 형태로 배치하고 구부러진 부분의 아래쪽 혹은 내각측 영역에 고주파 담당부와 연결부를 형성하여 공간 효율을 최대한 높일 수 있도록 하고, 연결부를 크게 구부러진 미앤더 구조로 형성하여 고주파 담당부와 저주파 담당부 사이의 상호 영향 및 잡음을 줄일 수 있다. In addition, according to one aspect of the monopole antenna of the present invention, when forming the low frequency charge portion, a part of the entire length is arranged in a bent shape (including a form in which the left and right sides are changed), and a high frequency charge is applied to the lower or inner region of the bent portion. By forming a part and a connection part to maximize the space efficiency, and by forming a connection part with a large bent meander structure, it is possible to reduce the mutual influence and noise between the high frequency part and the low frequency part.
또한, 본 발명의 안테나 모듈에 따르면 상하면에 각각 본 발명의 개별 안테나를 가운데 접지 및 급전선을 가진 도전 패턴층을 중심으로 대칭으로 형성하면서 상면과 하면의 고주파 담당용 부분이 고주파 송수신을 위한 한 쌍을 이루고, 상면과 하면의 저주파 담당용 부분이 역시 저주파 송수신을 위한 한 쌍을 이루도록 하면서 각 대역에서 회전방향이 서로 다른 원형편파를 발생, 송수신할 수 있도록 형성되어 송수신 신호를 분리할 수 있도록 함으로써 전체적으로 볼 때 안테나의 대역폭을 증가시키는 효과를 누릴 수 있다.In addition, according to the antenna module of the present invention, the upper and lower portions of the antennas of the present invention are symmetrically formed around the conductive pattern layer having the ground and the feed line, respectively, while the upper and lower portions of the high frequency charge portion have a pair for high frequency transmission and reception. In addition, the low frequency charge part of the upper and lower surfaces also forms a pair for low frequency transmission and reception, and is formed to transmit and receive circular polarizations having different rotation directions in each band so that transmission and reception signals can be separated. When the bandwidth of the antenna can be increased.
도1은 기존의 위상배열 안테나의 한 예로서 병렬공급배열을 가지는 위상배열 안테나를 나타내는 개략적 구성 개념도,
도2는 마이크로 스트립 구조를 적용한 종래의 모노폴 안테나의 일 예에 대한 평면도,
도3은 도2의 AA'선에 따라 절단한 단면에서의 안테나 구성을 나타내는 측단면도
도4의 (a)(b)는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈 상면 및 하면에 설치되는 개별 안테나 패턴을 나타내는 평면도 및 저면도,
도5는 도4와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈의 일 측단면을 나타내는 측단면도이다. 1 is a schematic structural diagram illustrating a phased array antenna having a parallel supply array as an example of a conventional phased array antenna;
2 is a plan view of an example of a conventional monopole antenna to which a micro strip structure is applied;
FIG. 3 is a side cross-sectional view showing the antenna configuration in cross section taken along line AA ′ of FIG. 2; FIG.
4 (a) and 4 (b) are a plan view and a bottom view showing individual antenna patterns installed on upper and lower surfaces of an antenna module according to an embodiment of the present invention, respectively.
FIG. 5 is a side cross-sectional view illustrating one side cross-section of an antenna module according to an exemplary embodiment of the present invention as shown in FIG. 4.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도4 및 도5를 참조하면, 본 실시예의 안테나 모듈은 가운데 층에 접지전극(243) 및 급전선(241)을 두고 그 상하로 제1 유전층(10')) 및 제2 유전층(10")으로 이격된 상면과 하면의 양면에 모노폴 타입 개별 안테나로서 패치형 복사체(120, 220)를 설치하여 이루어진다.4 and 5, the antenna module according to the present embodiment has a
물론, 다수의 개별 안테나를 가진 위상배열 안테나와 같은 안테나를 만들기 위해 하나의 안테나 모듈에서 다수의 개별 안테나가 좌우 방향으로 형성, 배열되는 것이 필요하고, 이렇게 안테나 모듈이 상하로 다수 개가 설치되는 위상배열 레이더와 같은 장비에서는 기능 구현을 위해 위상배열 안테나 구성에 송수신부, 위상변위기 등 주변 구성요소가 더 결합될 것이나, 이런 일반적인 공통 부분에 대해서는 이미 잘 알려진 것이므로 여기서는 가운데 층의 급전선, 접지전극과 그 상하로 상면과 하면에 설치된 모노폴 타입의 개별 안테나를 가진 안테나 모듈 기본 구성에 집중하여 본 발명을 설명하기로 한다.Of course, in order to make an antenna such as a phased array antenna having a plurality of individual antennas, a plurality of individual antennas need to be formed and arranged in a left and right direction in one antenna module, and thus, a plurality of antenna arrays are installed in a vertical arrangement. In equipment such as radars, peripheral components such as transceivers and phase shifters will be combined with phased array antenna configurations to implement the functions, but this common common part is already well known, so the feeder, ground electrode and The present invention will be described focusing on the basic configuration of the antenna module having individual antennas of the monopole type installed on the upper and lower surfaces.
여기서 개별 안테나는 패치형 복사체(120, 220)로 이루어진다. 도4의 (a)는 안테나 모듈 상면에 형성된 패치형 복사체(120)를 나타내는 평면도이고, 도4의 (b)는 안테나 모듈의 하면에 형성된 패치형 복사체(220)를 나타내는 저면도이다. 이들 도면은 외부에서 안테나 상면과 하면을 직접 바라볼 때 나타나는 패치형 복사체의 형태이기도 하다.In this case, the individual antennas are made of
평면도의 패치형 복사체(120)에는 상대적으로 낮은 주파수를 위해 긴 직사각형이 아래에서 위로 뻗다가 중간에서 오른쪽으로 90도로 절곡되어 이루어진 저주파 대역용 부분(121)과, 저주파 대역용 부분(121)의 하부에서 오른쪽으로 뻗고 그 중간에 위로 한번 돌출되어 미엔더 구조를 이루는 연결부(123)와, 연결부(123)의 우측단에 하부 좌측이 연결되며 위로 뻗는 짧은 직사각형으로 이루어진 고주파 대역용 부분(125)이 구비된다.The planar patch-
저면도의 패치형 복사체(220)에도 마찬가지로 저주파 대역용 부분(221), 고주파 대역용 부분(225), 연결부(223)가 구비되며, 형태상으로 볼 때 평면도의 패치형 복사체를 좌우를 바꾼 거울 이미지로 형성된다. 따라서, 상면과 하면의 패치형 복사체는 같은 크기에 미로상 대칭 형태를 가져 평면도나 저면도 하나에서 투시적으로 볼 때에는 서로 완전히 겹친 형태를 이룰 수 있다.Similarly, the low-profile
여기서 저주파 대역용 부분(121, 221)이 긴 직사각형이 90도로 구부러진 모양을 가지는 것은 저주파를 방사할 수 있도록 1/4 파장에 대응하여 길게 형성하면서도 그 형성공간을 절약하기 위한 것이며, 연결부(123, 223)와 고주파 대역용 부분(125, 225)을 저주파 대역용 부분(121, 221)의 90도 절곡된 부분의 아래쪽 공간, 절곡된 각진 부분의 내각 측에 위치하도록 한 것도 그 설치공간을 절약하기 위한 것이다. Here, the low
저주파 대역용 부분 및 고주파 대역용 부분에서, 연결부와 인접된 부분에는 제1 및 제2 유전층(10', 10")을 통해 접지전극(243)과 연결되는 접지핀 혹은 단락핀(133a, 233a)이 설치되고, 접지핀에 인접하되 연결부(123, 223)와 반대쪽 부분에는 급전선(241)과의 연결을 위한 급전핀(131a, 231a)이 설치된다. 급전핀은 신호전력을 인가하여 이 저주파 대역용 부분에서 상대적으로 저주파인 원형편파를 방사하도록 전류를 형성시키기 위한 것이다. 접지핀은 접지를 통해 전자파 방사에서 다이폴 안테나의 절반 부분이 담당하는 역할을 유사하게 보충하도록 하기 위한 것이다. 접지핀은 급전핀(131a, 231a)을 통해 패치형 복사체(120, 220)의 각 주파수 대역용 부분으로 인가되는 신호가 다른 주파수 대역용 부분으로 전달되어 영향을 끼치는 것도 차단하는 역할을 할 수 있다. In the low frequency band portion and the high frequency band portion, a portion adjacent to the connection portion is a ground pin or a
연결부(123, 223)에 미엔더 구조를 형성하여 저주파 대역용 부분과 고주파 대역용 부분 사이에 설치한 것은 물리적으로 도선을 통해 연결되지만 흔히 레이더와 통신에 사용하는 일반적 의미의 고주파가 인가될 때 미엔더 구조는 캐퍼시터 및 코일의 역할을 하여 실질적으로는 이들 부분 다대역으로 운용될 때 이들 부분 사이의 상호 영향을 줄이기 위한 것이며, 따라서 연결부에는 공간이 허락한다면 미엔더 구조가 복수개로 형성될 수도 있다.The meander structure formed between the connecting
저주파 대역용 부분(121, 221)을 이루는 구부러진 긴 직사각형과 고주파 대역용 부분(125, 225)을 이루는 짧은 직사각형의 모서리 부분 일부에는 각진 부분을 모따기 한 것과 같이 탭핑부(121a, 121b, 125a, 125b, 221a, 221b, 225a, 225b)가 형성되어 있다. 이런 탭핑부는 각 부분에서 선형편파가 아닌 원형편파를 발생시키기 용이하도록 한 것이며, 탭핑부 위치도 원형 편파의 회전방향, 축비, 대역 등 특성에 영향을 줄 수 있다. The curved long rectangles forming the
급전핀을 통해 상면의 개별 안테나 각 부분과 하면의 개별 안테나의 대응 부분에 같은 급전선으로부터 같은 신호가 인가되면 개별 안테나의 각 부분에는 외측에서 볼 때 서로 다른 방향의 전류가 형성되어 흐르고, 그에 따라 서로 다른 회전방향을 가지는 원형편파가 발생, 송신될 수 있다. 수신 측면도 마찬가지로 생각될 수 있다. When the same signal is applied from the same feeder to each part of the individual antenna on the upper surface and the corresponding part of the individual antenna on the lower surface through the feed pin, currents in different directions are formed in each part of the individual antenna when viewed from the outside, and accordingly Circularly polarized waves having different rotation directions can be generated and transmitted. The receiving side can be thought of as well.
앞서 원형편파 회전 방향과 관련하여 언급한 것과 비슷하게 탭핑부의 위치에 따라 전류 방향은 영향을 받을 수 있으며, 동일 면에 설치된 고주파 대역용 부분과 저주파 대역용 부분이 같은 회전방향의 원형편파를 담당할 수도 있지만 서로 다른 회전방향의 원형 편파를 담당하는 것도 가능하며, 여기서도 서로 다른 회전방향의 원형편파를 발생시키는 것으로 도시된다. 그러나, 어느 경우든 상, 하의 고주파 대역용 부분이 기능적으로는 한 쌍으로서 그 고주파 대역의 송수신을 담당하고, 상, 하의 저주파 대역용 부분이 기능적으로 한 쌍으로서 그 저주파 대역의 송수신을 담당하는 것에는 차이가 없다고 할 수 있다. Similar to the aforementioned circular polarization rotation direction, the current direction may be affected by the position of the tapping portion, and the high frequency band portion and the low frequency band portion installed on the same plane may be responsible for the circular polarization in the same rotation direction. However, it is also possible to cover circular polarizations in different rotational directions, which are also shown to generate circular polarizations in different rotational directions. In either case, however, the upper and lower portions of the high frequency band are functionally in charge of transmitting and receiving the high frequency band, and the upper and lower portions of the low frequency band are functionally in charge of transmitting and receiving the low frequency band. Can be said that there is no difference.
이상 실시예와 같은 구성은 첫째로, 급전핀 및 접지핀을 위한 통공을 가진 상부 기판의 상면에 도4(a)와 같은 개별 패턴을 형성하고, 상부 기판의 하면에는 통공을 채움과 함께 표면에 도전층을 적층하고 도전층을 패터닝하여 상면의 개별 패턴의 위치에 맞게 정렬된 접지전극 및 급전선을 형성하여 상부 기판 부분을 형성하고, 둘째로 급전핀 및 접지핀을 위한 통공을 가진 하부 기판의 하면에 도4(b)와 같은 개별 패턴을 형성하고, 하부 기판의 상면에는 통공을 채움과 함께 표면에 도전층을 적층하고 도전층을 패터닝하여 하면의 개별 패턴의 위치에 맞게 정렬된 접지전극 및 급전선을 형성하여 하부 기판 부분을 형성하고, 두 기판을 겹치게 하되 상부 기판의 접지전극 및 급전선과 하부 기판의 접지전극 및 급전선이 정합하도록 하고, 서로 도전되는 상태로 고정하여 형성할 수 있다.The configuration as in the above embodiment firstly forms an individual pattern as shown in FIG. 4 (a) on the upper surface of the upper substrate having the through holes for the feed pin and the ground pin, and fills the through holes on the lower surface of the upper substrate. Stacking conductive layers and patterning conductive layers to form ground electrodes and feed lines aligned to the position of the individual patterns on the top surface to form upper substrate portions, and secondly, the lower surface of the lower substrate with the through pins for the feed pins and ground pins. 4 (b) is formed on the substrate, and the upper surface of the lower substrate is filled with a through hole, a conductive layer is laminated on the surface, and the conductive layer is patterned so that the ground electrode and the feeder line aligned with the position of the individual pattern on the lower surface. Forming a lower substrate portion, and overlapping the two substrates so that the ground electrode and the feed line of the upper substrate and the ground electrode and the feed line of the lower substrate are matched, and And it can be formed as fixed.
물론, 상부 기판과 하부 기판의 급전선과 접지전극은 이중으로 만들어지는 것이므로 하나를 생략하고 형성할 수도 있지만 이런 경우 통공에 급전핀 및 접지핀이 형성되지 못할 수 있으므로 이런 점을 고려해야 할 것이다. Of course, since the feed line and the ground electrode of the upper substrate and the lower substrate is made of a double, one may be omitted and formed, but in this case, the feed pin and the ground pin may not be formed in this case, it should be considered.
도시되지 않지만 본 발명의 다른 실시예에 따르면 가운데 도전성 패턴층에 내재된 급전선을 형성할 때 안테나 모듈 상면의 개별 안테나의 각 부분을 위한 것과, 안테나 모듈 하면의 개별 안테나의 각 부분을 위한 것을 별도로 형성하여 사용하며, 상면의 개별 안테나를 송신용으로, 하면의 개별 안테나를 수신용으로 사용할 수 있다. 이런 경우, 송수신 신호를 분리하여 사용할 때 송수신 신호 분리를 위해 많이 사용되는 필터나 기타 회로 요소를 제거하거나 간단화시킬 수 있으며, 송수신신호 분리시에도 분리가 잘 이루어지지 못하면서 잡음 및 신호효율 저감이 생기는 등의 문제를 해결하는 데 도움이 되도록 할 수 있다.Although not shown, according to another embodiment of the present invention, when forming a feed line embedded in the center conductive pattern layer, separately for each part of the individual antenna on the top surface of the antenna module and separately for each part of the individual antenna on the bottom surface of the antenna module The individual antennas on the upper surface can be used for transmission and the individual antennas on the lower surface can be used for reception. In this case, it is possible to remove or simplify filters and other circuit elements that are frequently used to separate the transmission and reception signals when separating the transmission and reception signals, and to reduce noise and signal efficiency without separation even when the transmission and reception signals are separated. To help solve problems such as
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 이상의 각 실시예에서 상면과 하면의 원형편파 모노폴 안테나를 형성할 때 가령 상면의 안테나 패턴과 하면의 안테나 패턴의 개별 모노폴 안테나용 패치형 복사체의 각 부분의 크기나 형태를 다르게 하거나, 개재된 유전층의 두께나 유전율을 다르게 하면, 상면과 하면의 안테나의 신호 대역폭이 서로 다르게 되고, 각면에 형성된 안테나들을 송신과 수신에 적절히 분리, 변경하여 사용함으로써 전체적 안테나가 이용할 수 있는 대역폭을 증가시키는 효과를 가져올 수 있다.Further, according to another embodiment of the present invention, when forming the circularly polarized monopole antennas of the upper and lower surfaces in each of the above embodiments, for example, the size of each part of the patch type radiator for the individual monopole antennas of the antenna pattern on the upper surface and the antenna pattern on the lower surface If the shape is different or the thickness or dielectric constant of the interposed dielectric layer is different, the signal bandwidths of the antennas on the upper and lower surfaces are different from each other, and the antennas formed on each surface can be appropriately separated and changed for transmission and reception so that the entire antenna can be used. This can have the effect of increasing the available bandwidth.
이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. The present invention has been described above by way of limited embodiments, which are only illustratively described to help understanding of the present invention, and the present invention is not limited to these specific embodiments.
따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Therefore, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various modifications or applications based on the present invention, and such modifications and applications belong to the appended claims.
1: 송수신부 2: 안테나 모듈
3: 복사체(복사소자) 5: 도전선
7: 위상변위기(위상변환기) 10: 기판
10': 제1 유전층 10": 제2 유전층
30: 복사소자
31, 131a, 131b, 231a, 231b: 급전핀
33, 133a, 133b, 233a, 233b: 단락핀
41, 241: 급전선 43, 243: 접지전극
120, 220: 패치형 복사체 121, 221: 저주파 대역용 부분
121a, 121b, 221a, 221b; 탭핑부 123, 223: 연결부
125, 225: 고주파 대역용 부분 1: transceiver 2: antenna module
3: radiator (radiation element) 5: conductive wire
7: Phase Shifter 10: Substrate
10 ': first
30: radiation element
31, 131a, 131b, 231a, and 231b: feed pin
33, 133a, 133b, 233a, 233b: short pin
41, 241:
120, 220: patch-
121a, 121b, 221a, 221b; Tapping
125, 225: portion for high frequency band
Claims (5)
상기 패치형 복사체는 상대적으로 낮은 주파수를 위해 긴 직사각형이 일방으로 구부러지게 형성된 저주파 대역용 부분과, 상대적으로 높은 주파수를 위해 짧은 직사각형으로 형성된 고주파 대역용 부분과, 상기 저주파 대역용 부분과 상기 고주파 대역용 부분을 연결시키는 굴곡진 형태의 연결부를 구비하여 이루어지고,
상기 저주파 대역용 부분 및 상기 고주파 대역용 부분에서, 상기 연결부와 인접된 부분에는 상기 제1 유전층 및 상기 제2 유전층을 통해 상기 접지전극과 연결되는 접지핀(단락핀)이 설치되고, 상기 접지핀에 인접하되 상기 연결부와 반대쪽 부분에는 상기 급전선과의 연결을 위한 급전핀이 구비되고,
상기 상면의 고주파 대역용 부분과 상기 하면의 고주파 대역용 부분, 상기 상면의 저주파 대역용 부분과 상기 하면의 저주파 대역용 부분에는 외부에서 볼 때 서로 다른 회전방향을 가지는 원형편파가 발생, 송수신될 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 다대역 원형편파 특성을 갖는 모노폴 안테나를 구비하는 안테나 모듈.An antenna module in which patch-type radiators are arranged as monopole type individual antennas on both sides of an upper surface and a lower surface of each of the first and second dielectric layers having a ground electrode and a feed line in the middle thereof.
The patch-type radiator has a low frequency band portion formed by bending a long rectangle in one direction for a relatively low frequency, a high frequency band portion formed in a short rectangle for a relatively high frequency, and a portion for the low frequency band and the high frequency band. It is made with a curved connecting portion connecting the parts,
In the low frequency band portion and the high frequency band portion, a ground pin (shorting pin) connected to the ground electrode through the first dielectric layer and the second dielectric layer is provided at a portion adjacent to the connection portion, and the ground pin Adjacent to the connection portion and the opposite portion is provided with a feed pin for connection with the feed line,
Circular polarizations having different rotation directions from the outside may be generated and transmitted and received on the high frequency band portion of the upper surface and the high frequency band portion of the lower surface, the low frequency band portion of the upper surface and the low frequency band portion of the lower surface. An antenna module having a monopole antenna having a multi-band circular polarization characteristics, characterized in that it is made to.
상기 상면의 패치형 복사체(120)에는 상대적으로 낮은 주파수를 위해 긴 직사각형이 아래에서 위로 뻗다가 중간에서 90도로 절곡되어 이루어진 저주파 대역용 부분(121)과, 상기 저주파 대역용 부분(121)의 하부에서 상기 저주파 대역용 부분이 절곡된 방향으로 뻗고 그 중간에 위로 돌출되어 미엔더 구조를 이루는 연결부(123)와, 상기 연결부(123)의 상기 절곡된 방향측 단부에 하부가 연결되며 위로 뻗는 짧은 직사각형으로 이루어지진 고주파 대역용 부분(125)이 구비되고,
상기 하면의 패치형 복사체(220)에도 저주파 대역용 부분(221), 고주파 대역용 부분(225), 연결부(223)가 구비되며, 상기 하면의 패치형 복사체(220)는 전체적으로 형태상으로 볼 때 상기 상면의 패치형 복사체(120)를 좌우를 바꾼 거울 이미지로 이루어져,
상기 하면의 저주파 대역용 부분(221)에는 같은 급전선의 신호를 인가하면 상기 상면의 저주파 대역용 부분(121)에 유기되는 전류와 반대 방향의 전류가 흘러 서로 다른 회전방향의 원형편파가 발생되고,
상기 하면의 고주파 대역용 부분(225)에는 같은 급전선의 신호를 인가하면 상기 상면의 고주파 대역용 부분(125)에 유기되는 전류와 반대 방향의 전류가 흘러 서로 다른 회전방향의 원형편파가 발생되는 것을 특징으로 하는 다대역 원형편파 특성을 갖는 모노폴 안테나를 구비하는 안테나 모듈.The method of claim 1,
The upper patch-like radiator 120 has a low-frequency band portion 121 formed of a long rectangle extending from below to be bent at 90 degrees in the middle for a relatively low frequency, and a lower portion of the low-frequency band portion 121. The low-frequency band portion extends in the bent direction and protrudes in the middle thereof to form a meander structure, and a lower portion of the connecting portion 123 is connected to the lower end of the bent direction side and extends into a short rectangle. The high frequency band portion 125 is provided,
The lower surface patch-type radiator 220 is also provided with a low frequency band portion 221, a high frequency band portion 225, and a connecting portion 223, the lower surface patch-type radiator 220 as a whole when viewed from the top Consists of a mirror image inverted left and right patch-shaped copy 120,
When a signal of the same feeder is applied to the low frequency band portion 221 of the lower surface, a current in a direction opposite to that induced by the low frequency band portion 121 of the upper surface flows to generate circular polarizations in different rotation directions.
When a signal of the same feed line is applied to the high frequency band portion 225 of the lower surface, a current in a direction opposite to that induced by the high frequency band portion 125 of the upper surface flows to generate circular polarizations in different rotation directions. An antenna module having a monopole antenna having a multi-band circular polarization characteristic.
구부러진 상기 긴 직사각형 및 상기 짧은 직사각형의 일부 모서리에는 원형편파를 형성하기 쉽도록 탭핑부가 형성되는 것을 특징으로 하는 다대역 원형편파 특성을 갖는 모노폴 안테나를 구비하는 안테나 모듈.The method according to claim 1 or 2,
An antenna module having a monopole antenna having a multi-band circular polarization characteristic, characterized in that a tapping portion is formed to easily form circular polarizations at some curved corners of the long rectangle and the short rectangle.
상기 급전선과 상기 상면 사이의 상기 제1 유전층의 두께 및 유전율 가운데 적어도 하나가 상기 급전선과 상기 하면 사이의 상기 제2 유전층의 두께 및 유전율 가운데 적어도 하나와 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 다대역 원형편파 특성을 갖는 모노폴 안테나를 구비한 안테나 모듈.The method according to claim 1 or 2,
At least one of a thickness and a dielectric constant of the first dielectric layer between the feed line and the top surface is different from at least one of a thickness and a dielectric constant of the second dielectric layer between the feed line and the bottom surface. An antenna module having a monopole antenna having characteristics.
상기 상면의 상기 패치형 복사체의 각 직사각형 부분의 크기 및 가로세로비 가운데 적어도 하나와 상기 하면의 상기 패치형 복사체의 각 직사각형 부분의 크기 및 가로세로비 가운데 적어도 하나가 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 다대역 원형편파 특성을 갖는 모노폴 안테나를 구비한 안테나 모듈.The method according to claim 1 or 2,
At least one of a size and an aspect ratio of each rectangular portion of the patch-type copy on the upper surface and at least one of a size and an aspect ratio of each rectangular portion of the patch-type copy on the lower surface are formed differently from each other An antenna module having a monopole antenna having circular polarization characteristics.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190091593A KR102048355B1 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | antenna module having monopole antenna with multi band circular polarization |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190091593A KR102048355B1 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | antenna module having monopole antenna with multi band circular polarization |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102048355B1 true KR102048355B1 (en) | 2019-11-25 |
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ID=68730633
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190091593A KR102048355B1 (en) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | antenna module having monopole antenna with multi band circular polarization |
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|---|---|
| KR (1) | KR102048355B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102499537B1 (en) * | 2022-07-27 | 2023-02-16 | (주)일신이디아이 | Broadband Multiband Directional Antenna for Wireless Integrated Systems |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080105398A (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | 삼성탈레스 주식회사 | Multi resonant broadband antenna |
| KR20100034326A (en) * | 2008-09-23 | 2010-04-01 | 한국전자통신연구원 | Conductive structure for high gain antenna and antenna |
| KR101863681B1 (en) | 2018-04-06 | 2018-05-31 | 한화시스템 주식회사 | Iff antenna |
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2019
- 2019-07-29 KR KR1020190091593A patent/KR102048355B1/en active IP Right Grant
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| KR101863681B1 (en) | 2018-04-06 | 2018-05-31 | 한화시스템 주식회사 | Iff antenna |
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| KR102499537B1 (en) * | 2022-07-27 | 2023-02-16 | (주)일신이디아이 | Broadband Multiband Directional Antenna for Wireless Integrated Systems |
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