KR20120010656A - Ｃｒｌｈ 전송선을 이용한 안테나 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Ｃｒｌｈ 전송선을 이용한 안테나 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안테나 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 CRLH 전송선을 이용한 안테나 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 장치는, 안테나 장치로서, 방사패치와, 상기 방사패치로 전원을 공급하는 제1단과 급전단에 연결되는 제2단을 갖는 급전선로와, 상기 방사패치와 상기 급전선로의 제1단 사이에 위치하며, 상기 방사패치의 임피던스와 급전선로의 임피던스를 매칭하는 트랜스포머와, 상기 제1단과 상기 제2단 사이에 직렬로 연결되며, 상기 방사패치로 인가되는 주파수의 정수배에 해당하는 주파수 대역에서 발생하는 공진을 필터링하는 필터를 포함한다.

Description

ＣＲＬＨ 전송선을 이용한 안테나 장치 및 그 제조 방법{AN ANTENNA USING COMPOSITE RIGHT/LEFT-HANDED STRUCTURE}
본 발명은 안테나 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 CRLH 전송선을 이용한 안테나 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 이동통신 및 위성통신의 급속한 발달로 정보화 사회에서 무선통신의 역할이 더욱 중요하게 되었다. 음성위주의 협대역 통신으로부터 출발한 무선통신 기술은 인터넷, 멀티미디어와 같은 광대역 통신으로 빠르게 변화하고 있다. 현재 IMT-2000과 초고속 이동통신을 이용한 4세대 이동통신 등 새로운 무선 서비스가 가시화되고 있다. 이러한 무선통신의 기반을 형성하는 기술이 바로 안테나 기술이고 그 성능이 통신의 질을 좌우하여 안테나 기술의 중요도가 날로 증가하고 있다.
또한, 최근 새로운 서비스 수용에 따라 새로운 중계기, 기지국의 설치로 인하여 비용의 손실이 발생하고, 밀집된 지역 내에 안테나들의 난립에 따라 환경미화를 파괴시킨다는 문제점이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 기존의 서비스와 신규의 서비스를 하나의 안테나로 통합할 수 있는 다중대역 안테나가 주목받고 있어 다양한 통신 대역에서 동작할 수 있는 안테나가 필요하게 되었다.
안테나는 원하는 기본 주파수 대역 이외에 기본 주파수의 정수배에 해당하는 주파수, 예컨대 고조파 대역에서도 공진이 발생하게 되었고, 고조파 대역에서 발생되는 공진을 억압해주는 추가적인 소자가 사용되지 않는 경우에는 고조파 대역에서의 방사로 인하여 다른 시스템에서 전자파 방해를 일으켜 오동작을 유발시키거나, 또한 인체로의 장해 가능성 등의 문제점을 야기 시킬 수 있었다.
이러한 전자파 방해를 방지하기 위하여, 고조파 대역에서의 방사를 억제하는 여파기를 별도로 사용하는 경우에는 전체적인 시스템의 크기가 커지게 되어 시스템의 소형화, 집적화, 비용 상승 등의 문제점을 유발시키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, CRLH 전송선을 이용한 안테나 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, CRLH 전송선을 직렬 구조로 이용하여 안테나의 구조적 변경 없이 특정 주파수 대역만을 필터링 할 수 있는 안테나 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 매칭 필터를 병렬 구조로 이용하여 안테나의 구조적 변경 없이 다중 대역의 주파수 대역을 필터링 할 수 있는 안테나 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 해결하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 안테나는, 방사패치와, 상기 방사패치로 전원을 공급하는 제1단과 급전단에 연결되는 제2단을 갖는 급전선로와, 상기 방사패치와 상기 급전선로의 제1단 사이에 위치하며, 상기 방사패치의 임피던스와 급전선로의 임피던스를 매칭하는 트랜스포머와, 상기 제1단과 상기 제2단 사이에 직렬로 연결되며, 상기 방사패치로 인가되는 필요한 동작 주파수만을 통과 시키는 정합된 CRLH 전송선을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 안테나 제조 방법은, 방사패치를 형성하는 단계와, 상기 형성된 방사패치에 제1단을 연결하고, 급전단에 제2단을 연결하여 급전선로를 형성하는 단계와, 상기 방사패치의 임피던스와 급전선로의 임피던스를 매칭하는 트랜스포머를 상기 방사패치와 상기 급전선로 사이에 배치하는 단계와, 상기 방사패치로 인가되는 동작 주파수만을 통과시키는 정합된 CRLH 전송선을 상기 제1단과 상기 제2단 사이에 직렬로 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 필터링 특성을 가지는 정합된 CRLH 전송선을 이용하여 안테나의 구조적 변경 없이 특정 주파수 대역만을 필터링 함으로써, 불요 고조파를 제거할 수 있다. 또한, 본 발명은, 필터링 특성을 가지는 정합된 CRLH 전송선을 병렬 구조로 이용하여 안테나의 구조적 변경 없이 다중 대역의 주파수 대역을 필터링 함으로써, 불요 고조파를 제거할 수 있으며, 불요 공진에 의해 발생하는 방사 전력을 제거함으로써 인접채널에서 노이즈로 동작할 수 있는 소스를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반파장 패치 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반파장 패치 안테나를 시뮬레이션한 결과도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송 선로 구조의 파이형 등가 회로도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송 선로 구조의 티형 등가 회로도,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 매칭 필터 구조를 이용한 반 파장 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선을 직렬 구조로 이용한 반 파장 안테나의 시뮬레이션한 결과도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선을 병렬구조로 이용한 반 파장 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선을 병렬구조로 이용한 반 파장 안테나의 시뮬레이션한 결과이다.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은, 매핑 필터 특성을 가지는 CRLH 전송선을 이용한 안테나 장치 및 그 제조 방법을 제공한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시 예에서는 매핑 필터 특성을 가지는 CRLH 전송선을 직렬 구조로 이용하여 안테나의 구조적 변경 없이 특정 주파수 대역만을 필터링 할 수 있는 안테나 장치 및 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 매칭 필터를 병렬 구조로 이용하여 안테나의 구조적 변경 없이 다중 대역의 주파수 대역을 필터링 할 수 있는 안테나 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
그러면 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 안테나를 설명하기에 앞서, 안테나의 고차 모드에서의 불요 공진을 제거하는 예를 설명하기로 한다. 먼저 PBG(Photonic Bandgap) 구조를 이용한 경우를 살펴보기로 하자. PBG 구조는 특정 주파수의 전파물을 차단하는 특징을 가지고 있다. 이런 이유로 PBG 구조를 이용하여 안테나를 설계함으로써 안테나의 고차 모드에서 불요 공진을 제거할 수 있다.
PBG 구조 형성 방법을 예를 들어 살펴보면, 유전체에 구멍을 뚫어 주기적인 격자물을 만들어 형성될 수 있으며, 사각형의 방사패치에 접지면과 비아를 뚫고, 이를 연결하여 형성될 수 있다. 또한, 방사패치에 주기적인 금속 패턴을 프린트 하여 형성될 수 있으며, 접지면에 원형 슬롯을 주기적으로 애칭하여 형성될 수 있다. 하지만, 상기와 같이 형성되는 PBG 구조는 유전체 중간에 삽입되거나 그라운드 식각을 통해 주기적으로 형성이 되므로 전송선과의 집적이 용이하지 않다. 또한, 식각 면을 통해 불요 방사가 방사되어 시스템 전체에 악영향을 줄 수 있다.
다른 방법으로, DGS(defected ground structure)구조를 이용하여 안테나를 설계함으로써 안테나의 고차 모드에서 불요 공진을 제거할 수 있다. DGS 구조는 특정 대역에서의 신호의 저지(rejection) 특성을 보일 뿐만 아니라 신호의 전송속도가 느려지는 특성을 가지고 있다. 또한, 기판의 접지 면에 식각을 통하여 간단한 결합구조를 형성하고, 기판의 윗면에는 보통의 전송선로 구조를 가지는 형태로 제작이 용이하다. 하지만, DGS 구조는 PBG 구조와 마찬가지로 식각을 통해 형성이 되므로, 식각 면을 통해 불요 방사가 방사되어 시스템 전체에 악영향을 줄 수 있다. 그러면 이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반파장 패치 안테나의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반파장 패치 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 반파장 패치 안테나는 방사패치(100), 트랜스포머(101), 급전선로(102)를 포함한다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 상기 반파장 패치 안테나는 그라운드 패치 위에 유전체를 형성하고, 유전체의 상면에 장방형의 방사패치(100)를 부착한 구조의 평면 안테나이다. 상기 방사패치(100)의 크기는 w × h이며, 상기 방사패치(100)의 폭(w)은 임피던스에 영향을 주고, 방사패치(100)의 길이(h)는 안테나의 공진 주파수에 영향을 준다.
따라서 상기 방사패치(100)가 좁게 설계될 경우 복사 효율이 떨어지게 되고, 반면에 방사패치(100)가 넓게 설계된다면 복사 효율이 커지나 고차 모드가 발생되어 필드의 왜곡이 생길 수 있다. 상기 방사패치(100)의 폭 및 길이는 안테나를 설계 시 복사 효율에 따라 달라지며, 이는 안테나의 제조 목적에 따라 다르게 설계되는 부분이므로 본 발명에서는 상기 방사패치(100)의 크기에 제한을 두지 않는다.
상기 급전선로(102)를 이용하여 상기 방사패치(100)에 급전할 수 있다. 이때, 상기 급전선로(102)의 임피던스와 상기 방사패치(100)의 임피던스가 다르면 상기 급전선로(102)와 방사패치(100)사이에 부정합이 발생하여 반사 손실이 발생된다. 즉, 반사 손실은 방사패치(100)와 급전선로(102)가 연결되어지는 부분에서 발생된다. 이와 같은 이유로, 상기 방사패치(100)와 급전선로(102)사이에 트랜스포머(101)를 설치하여 상기 급전선로(102)의 임피던스와 상기 방사패치(100)의 임피던스를 매칭 한다. 여기서, 상기 트랜스포머(101)는 상기 방사패치(100)로 인가되는 신호의 1/4 파장으로 구현된다.
임피던스를 매칭하는 방법의 예를 설명하면, 첫째로, 마이크로스트립 라인을 설치하여 방사패치(100)에 급전할 수 있다. 마이크로스트립 라인을 이용하는 급전 방식은 급전 위치에 따라 안테나의 특성 및 입력 임피던스가 달라지므로 급전선과 방사패치(100) 사이의 매칭이 중요하다.
둘째로, 프로브(probe)를 설치하여 방사패치(100)에 급전할 수 있다. 프로브를 이용하는 급전 방식은 가장 매칭이 잘되는 지점을 찾아서 그 위치에 급전하는 것이 가능하므로 별도의 정합 회로가 필요 없다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 상기 방사패치(100)에 50옴의 임피던스를 가지는 급전선로(102)를 설치하여 급전한 경우의 시뮬레이션 결과를 설명하기로 한다.
도 2는 반파장 패치 안테나를 시뮬레이션한 결과도이다. 도 2는 상기 급전선로(102)가 1.9 GHz(200)의 주파수에서 상기 방사패치(100)로 입력한 신호전력이 전반사되어 돌아오는 반사계수를 측정한 예시도이다.
도 2를 참조하면, X축은 주파수를 나타내고, Y축은 상기 방사패치(100)에 50옴의 임피던스를 가지는 급전선로(102)를 설치하여 급전한 경우의 반사계수를 나타낸다. 시뮬레이션 결과 기본 주파수 대역, 예컨대 1.9 GHz(200)에서 기본 모드의 공진 주파수를 가진다.
하지만, 기본 주파수 대역 이외에 기본 주파수의 정수배에 해당하는 고조파 대역, 3.8 GHz(201), 5.7 GHz(202) 등에서도 고차 모드에 의한 불요 공진이 발생하게 되는 것을 알 수 있다. 이때, 고조파 대역에서의 방사로 인하여 다른 시스템에서 전자파 방해를 일으켜 오동작을 유발 할 수 있다. 또한 인체로의 장해 가능성 등의 문제점을 야기 시킬 수 있었다.
그러면 이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 기본 모드의 공진을 제외한 불요 공진을 없애기 위한 CRLH 전송 선로 구조의 파이 형 등가 회로 및 티 형 등가 회로도를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기본 모드의 공진을 제외한 불요 공진을 없애기 위한 CRLH 전송 선로 구조의 파이 형 등가 회로도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기본 모드의 공진을 제외한 불요 공진을 없애기 위한 CRLH 전송 선로 구조의 티 형 등가 회로도이다.
도 3 및 도 4를 설명하기에 앞서, CRLH(COMPOSITE RIGHT/LEFT-HANDED, 이하 'CRLH'라 칭하기로 함.) 전송 선로 구조에 대해서 설명하기로 한다. CRLH 전송 선로 구조는 오른쪽 전파 법칙(RH: RIGHT-HANDED)과 왼쪽 전파 법칙(LH: LEFT-HANDED)요소들이 결합된 구조이다. 직렬 인덕턴스(LR) 및 병렬 커패시턴스는 위상 자연을 만드는 RH의 요소이며, 직렬 커패시턴스(LL)와 병렬 인덕턴스(CL)는 위상 선도(Lead) 현상을 만드는 LH의 요소이다.
마이크로스트립 선로 상에서 RH의 요소는 오른손 전파 현상을 따른다. 이는 자연계에서 흔히 관찰되는 현상이며, 전파의 에너지와 위상의 이동 방향이 동위상인 경우로서 대역 통과 필터의 저역 통과 특성이 이에 해당된다.
여기서, 인덕턴스와 커패시턴스의 조합으로 공진현상이 발생하게 되고, 상기 발생한 공진현상으로 인하여 원하는 주파수 대역의 신호가 통과하거나 또는 억제되는 것으로서 비교적 낮은 주파수의 신호에서 필요한 신호를 통과시키고, 필요하지 않은 신호를 제거하는데 많이 사용된다.
즉, RH 요소들의 공진 주파수 및 LH 요소들의 공진 주파수를 동일하게 UHF 대역 또는 ISM 대역의 중심에 맞추는 균형 조건(Balanced condition)을 만족시키는 경우, 주파수는 존재하나 위상과 전파 상수가 0이 되어 파장과 무관한 공진이 발생하는 무한 파장 현상이 일어난다(ZOR: Zeroth Order Resonnance). 이와 같이 전파 상수가 0인 경우에는 파장이 무한대와 같아지게 되므로 전송 전로의 물질적인 길이와는 상관없이 구조상에 동위상의 전자장을 형성할 수 있으므로, 부품의 소형화나 성능 개선을 얻을 수 있다.
도 3을 참조하면, 주기적으로 CRLH 전송 선로를 단위 셀(Unit Cell)로 직렬(Cascade) 연결함으로써 LH의 요소를 구현할 수 있다. 상기 단위 셀은 직렬 인덕턴스와 직렬 커패시턴스(300)를 배치하고, 파이(π)형 회로의 아래 부분에, 병렬 커패시턴스와 병렬 인덕턴스(301, 302)를 비례 배분하여 파이 형 회로의 양 날개에 배치하였다. 상기 파이형 회로를 단위 셀로 하여 주기적으로 연결하는 것이 가능하다.
도 4를 참조하면, 주기적으로 CRLH 전송 선로를 단위 셀(Unit Cell)로 직렬(Cascade) 연결함으로써 LH의 요소를 구현할 수 있다. 상기 단위 셀은 병렬 커패시턴스와 병렬 인덕턴스(400)를 배치하고, 티(T)자형 회로의 아래 부분에, 직렬 인덕턴스와 직렬 커패시턴스(401, 402)를 비례 배분하여 티 자형 회로의 양 날개에 배치하였다. 상기 티 자형 회로를 단위 셀로 하여 주기적으로 연결하는 것이 가능하다.
상기 도 3 및 도 4에서는, RH 특성에 의해 차단 주파수(Fcr)가 결정되어 통과 대역이 형성되며, LH 특성에 의해 차단 주파수(Fcl)가 결정되어 통과 대역이 형성된다. 또한, 직렬 인덕턴스(LR) 및 병렬 인덕턴스(CL)에 의해 직렬 공진(Fse)이 일어날 수 있으며, 병렬 커패시턴스(CR) 및 직렬 커패시턴스(LL)에 의해 병렬 공진(Fsh)이 일어날 수 있다.
차단 대역은 RH와 LH의 차단 주파수에 의해 생기며, unbalaced 구조는 차단주파수 후에 밴드갭이 형성되며 밴드갭 이후에 대역통과 특성이 다시 생기므로 차단 주파수에서 멀리 이격 시켜야 차단대역을 넓힐 수 있다. 그러므로 unbalace 구조에서는 Fse와 Fsh을 무한대로 하였다.
그리고 상기 불평형 구조는 직렬 공진기와 병렬 공진기의 공진 주파수의 상대적 크기에 따라 등기회로 값들이 변화하게 된다. 하기 <표 1>은 상기 도 3의 파이형 모델에 대한 등가회로 값을 나타나고, 하기 <표 2>는 상기 도 4의 티형 모델에 대한 등가회로 값을 나타낸다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 <표 1> 및 <표 2>를 참조하면, LL는 직렬 커패시턴스를 나타내고, LR는 직렬 인덕턴스를 나타낸다. LR는 병렬 인덕턴스를 나타내고, CR는 병렬 커패시턴스를 나타낸다. 각각의 등가회로 값은 1.9GHz에서 Bloch 임피던스가 50옴을 가지게 설계되었다. 그리고 평형 구조에서 Fcl은 1.7GHz , Fcr은 2.2GHz으로 하여 설계하였다. 또한 불평형 구조에서는 Fcl은 1.7GHz, Fse 및 Fsh은 2.2GHz으로 설계하였다. 그러면 여기서, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선을 이용한 반 파장 패치 안테나의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 매칭 필터를 직렬 구조로 이용한 반 파장 패치 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 반파장 패치 안테나는 방사패치(100), 트랜스포머(101), 제1단(102a), 제2단(102b)을 포함하는 전송선로 및 CRLH 전송선(103)를 더 포함한다. 상기 반파장 패치 안테나는, 도 6에는 도시하지 않았지만, 그라운드판 위에 유전체를 형성하고, 유전체의 상면에 장방형 또는 원형의 방사패치(100)를 부착한 구조의 평면 안테나이다. 상기 방사패치(100)의 형상은 장방형, 원형, 타원형, 삼각형 및 고리형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1단(102a)은 상기 방사패치(100)로 전원을 공급하고, 상기 제2단(102b)은 급전단에 연결된다. 트랜스포머(101)는 방사패치(100)와 상기 급전선로의 제1단(102a) 사이에 위치하며, 상기 방사패치(100)의 임피던스와 급전선로(102a, 102b)의 임피던스를 매칭 한다. 상기 CRLH 전송선(103)는 제1단(102a)과 제2단(102b) 사이에 직렬로 연결되며, 상기 방사패치(100)로 인가되는 주파수의 정수배에 해당하는 주파수 대역에서 발생하는 공진을 필터링한다.
예를 들어, 상기 CRLH 전송선(103)는 동작 주파수, 예컨대 1.9GHz에서 50옴으로 설계함으로써, 상기CRLH 전송선(103)는 하나의 동작 주파수만을 필터링 할 수 있다. 또한, 상기 CRLH 전송선(103)의 임피던스와 상기 급전선로(102a, 102b)의 임피던스는 같기 때문에, 상기 CRLH 전송선(103)는 급전선로(102a, 102b)의 중간에 삽입될 수 있다. 그러면 여기서, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선 구조를 이용한 반 파장 안테나의 시뮬레이션한 결과를 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선 구조를 이용한 반 파장 안테나의 시뮬레이션한 결과도이다.
도 6을 참조하면, X축은 주파수를 나타내고, Y축은 상기 방사패치(100)에 50옴의 임피던스를 가지는 급전선로(102a, 102b)를 설치하고, 상기 급전선로(102a, 102b)의 중간에 50옴의 임피던스를 가지는 CRLH 전송선(103)를 삽입하여 급전한 경우의 반사계수를 나타낸다. 시뮬레이션 결과 기본 주파수 대역에서 기본 모드에 의한 공진 주파수와, 기본 주파수 대역 이외에 기본 주파수의 정수배에 해당하는 고조파 대역에서 고차 모드에 불요 공진 중, 동작 주파수 대역, 예컨대 1.9 GHz(600)에서만 반사 손실이 양호하며, 동작 주파수 대역 이외의 기본 주파수의 정수배에 해당하는 고조파 대역에서 발생하는 불요 공진은 사라진 것을 알 수 있다.
즉, CRLH 전송선(103)는 50옴의 임피던스를 갖으며, 1.9 GHz에서만 동작 하도록 설계하고, 상기 설계된 CRLH 전송선(103)를 상기 급전선로(102a, 102b)의 중간에 삽입함으로써, 1.9 GHz(700)에서만 반사 손실이 양호하며 불요 공진이 사라진 것을 확인할 수 있다. 그러므로 상기 CRLH 전송선(103)가 결합된 반 파장 안테나는 기존의 반 파장 안테나의 설계주조의 변화 없이 쉽게 불요 공진을 제거할 수 있다. 그러면 이하에서는, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선을 병렬구조로 이용한 반 파장 안테나의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선 병렬구조로 이용한 반 파장 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7은 세 개의 CRLH 전송선이 병렬 구조를 이루는 경우의 반 파장 안테나의 구조를 예시한 도면이다. 상기 병렬 구조로 연결되는 CRLH 전송선의 개수는 임의로 필터링 되는 주파수 대역에 따라 변화시킬 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 반파장 패치 안테나는 방사패치(100), 트랜스포머(101), 제1단(102a), 제2단(102b)을 포함하는 전송선로 및 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)을 더 포함한다. 상기 반파장 패치 안테나는, 도 7에는 도시하지 않았지만, 그라운드판 위에 유전체를 형성하고, 유전체의 상면에 장방형 또는 원형의 방사패치(100)를 부착한 구조의 평면 안테나이다. 상기 방사패치(100)의 형상은 장방형, 원형, 타원형, 삼각형 및 고리형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1단(102a)은 상기 방사패치(100)로 전원을 공급하고, 상기 제2단(102b)은 급전단에 연결된다. 트랜스포머(101)는 방사패치(100)와 상기 급전선로의 제1단(102a) 사이에 위치하며, 상기 방사패치(100)의 임피던스와 급전선로(102a, 102b)의 임피던스를 매칭 한다. 상기 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)은 병렬로 연결되어 있고, 상기 병렬로 연결된 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)은 제1단(102a)과 제2단(102b) 사이에 직렬로 연결된다. 또한, 상기 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)은 서로 다른 주파수 대역에서 발생하는 공진을 필터링한다.
예를 들어, 상기 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)은 병렬로 연결되어 있고, 상기 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)은 50옴의 임피던스를 갖으며, 서로 다른 동작 주파수, 예컨대 1.9 GHz, 2.7 GHz 및 3.7 GHz에서만 각각 동작하도록 설계할 수 있다. 즉, 상기 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)은 1.9 GHz, 2.7 GHz 및 3.7 GHz의 주파수만을 필터링할 수 있다.
그리고 병렬로 연결된 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)의 임피던스와 상기 급전선로(102a, 102b)의 임피던스는 같기 때문에, 상기 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)은 제1단(102a) 및 제2단(102b)의 중간에 삽입될 수 있다. 이와 같은 이유로, 상기 반 파장 패치 안테나의 구조 변경 없이 다중 대역의 주파수만을 필터링하여 불요 공진을 제거할 수 있다. 그러면 여기서, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선 구조를 이용한 반 파장 안테나의 시뮬레이션한 결과를 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 CRLH 전송선 구조를 이용한 반 파장 안테나의 시뮬레이션한 결과도이다.
도 8을 참조하면, X축은 주파수를 나타내고, Y축은 상기 방사패치(100)에 50옴의 임피던스를 가지는 급전선로(102a, 102b)를 설치하고, 상기 제1단(102a) 및 제2단(102b)의 중간에 50옴의 임피던스를 가지는 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)을 병렬 구조로 연결 후 삽입하여 급전한 경우의 반사계수를 나타낸다.
시뮬레이션 결과 기본 주파수 대역에서 기본 모드에 의한 공진 주파수와, 기본 주파수 대역 이외에 기본 주파수의 정수배에 해당하는 고조파 대역에서 고차 모드에 불요 공진 중, 동작 주파수 대역, 예컨대 1.9 GHz(800), 2.7 GHz(801), 3.7 GHz(802)에서만 반사 손실이 양호하며, 동작 주파수 대역 이외의 기본 주파수의 정수배에 해당하는 고조파 대역에서 발생하는 불요 공진은 사라진 것을 알 수 있다.
즉, CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)은 50옴의 임피던스를 갖으며, 1.9 GHz, 2.7 GHz 및 3.7 GHz에서만 동작 하도록 설계하고, 상기 설계된 CRLH 전송선들(104a, 104b, 104c)을 상기 급전선로(103)의 중간에 삽입함으로써, 다중 대역에서 필터링을 할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 방사패치
101 : 트랜스포머
102 : 전송 선로
103, 104a, 104b, 104c : CRLH 전송선

Claims (19)

  1. 안테나 장치에 있어서,
    방사패치와,
    상기 방사패치로 전원을 공급하는 제1단과 급전단에 연결되는 제2단을 갖는 급전선로와,
    상기 방사패치와 상기 급전선로의 제1단 사이에 위치하며, 상기 방사패치의 임피던스와 급전선로의 임피던스를 매칭하는 트랜스포머와,
    상기 제1단과 상기 제2단 사이에 직렬로 연결되며, 상기 방사패치로 인가되는 주파수의 정수배에 해당하는 주파수 대역에서 발생하는 공진을 필터링하는 필터를 포함함을 특징으로 하는 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는,
    상기 주파수 대역의 개수에 대응되어 복수개로 구성되고, 상기 복수개의 필터들은 병렬로 연결됨을 특징으로 하는 안테나.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 필터들은,
    서로 다른 주파수 대역에서 발생하는 공진을 필터링함을 특징으로 하는 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는,
    티(T)형 등가회로로 형성됨을 특징으로 하는 안테나.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 티 형 등가회로는,
    상기 제1단과 제2단 사이에 제1인덕터와 제1커패시터, 제2인덕터와 제2커패시터를 직렬로 연결, 상기 제1커패시터와 상기 제2인덕터 사이에 제3인덕턴스와 제3커패시턴스를 병렬로 연결하여 형성됨을 특징으로 하는 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는,
    파이(π)형 등가회로로 형성됨을 특징으로 하는 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 파이 형 등가회로는,
    상기 제1단과 제2단 사이에 제1인덕턴스와 제1커패시턴스를 직렬로 연결하고, 상기 제1단과 상기 제1인덕턴스와 제1커패시턴스의 접점에 제2인덕턴스와 제2커패시턴스를 병렬로 연결하고, 상기 제2단과 상기 제1인덕턴스와 제1커패시턴스의 접점에 제3인덕턴스와 제3커패시턴스를 병렬로 연결하여 형성됨을 특징으로 하는 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 방사패치는,
    그라운드 패치의 상면에 유전체를 형성하고, 상기 형성된 유전체의 상면에 형성됨을 특징으로 하는 안테나.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 트랜스포머는,
    상기 방사패치로 인가되는 신호의 1/4 파장으로 구현됨을 특징으로 하는 안테나.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는,
    상기 전송선로의 임피던스와 동일한 임피던스를 가짐을 특징으로 하는 안테나.

  11. 안테나 제조 방법에 있어서,
    그라운드 패치의 상면에 유전체를 형성하는 단계와,
    상기 형성된 유전체에 미리 결정된 형상의 방사패치를 배치하는 단계와,
    상기 배치된 방사패치에 전원을 공급하는 제1단을 형성하고, 급전단에 제2단을 연결하여 급전선로를 형성하는 단계와,
    상기 방사패치의 임피던스와 급전선로의 임피던스를 매칭하는 트랜스포머를 상기 방사패치와 상기 급전선로 사이에 배치하는 단계와,
    상기 방사패치로 인가되는 주파수의 정수배에 해당하는 주파수 대역에서 발생하는 공진을 필터링하는 필터를 상기 제1단과 상기 제2단 사이에 직렬로 연결하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 필터는,
    상기 주파수 대역의 개수에 대응되어 복수개로 구성되고, 상기 복수개의 필터들은 병렬로 연결됨을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 복수개의 필터들은,
    서로 다른 주파수 대역에서 발생하는 공진을 필터링함을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 필터는,
    티(T)형 등가회로로 형성됨을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 티 형 등가회로는,
    병렬 커패시턴스와 병렬 인덕턴스를 배치하고, 직렬 인덕턴스와 직렬 커패시턴스를 비례 배분하여 상기 티 형 등가회로에 배치하여 형성됨을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 필터는,
    파이(π)형 등가회로로 형성됨을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 파이 형 등가회로는,
    직렬 인덕턴스와 직렬 커패시턴스를 배치하고, 병렬 커패시턴스와 병렬 인덕턴스를 비례 배분하여 상기 파이 형 등가회로에 배치하여 형성됨을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 트랜스포머는,
    상기 방사패치로 인가되는 신호의 1/4 파장으로 구현됨을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 필터는,
    상기 전송선로의 임피던스와 동일한 임피던스를 가짐을 특징으로 하는 안테나 제조 방법.
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