KR20150032992A

KR20150032992A - Microstrip antenna using groundpatch structure

Info

Publication number: KR20150032992A
Application number: KR20130112402A
Authority: KR
Inventors: 이장문; 임병철; 이승철; 김운용
Original assignee: 케이엘씨주식회사; 이장문
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2015-04-01

Abstract

The present invention relates to a microstrip antenna using a ground patch structure. The microstrip antenna comprises a ground substrate; a lower substrate on the ground substrate; a radiation plate having a feed point connected to an input cable; a dielectric between the radiation plate and the lower substrate; and a plurality of ground patches positioned between the lower substrate and the dielectric and connected to the ground substrate through a via hole. According to this configuration, a particular frequency band of an unnecessary radio wave of a surface wave and a cross-polarized wave propagating upon diffracting along a surface of a mechanism including a radiation plate is blocked by using a ground surface employing the ground patches, isolation of the antenna is increased and a gain is improved by canceling out an induced current remaining in the mechanism.

Description

그라운드 패치 구조를 이용한 마이크로스트립 안테나 {Microstrip antenna using groundpatch structure}[0001] The present invention relates to a microstrip antenna using a ground patch structure,

본 발명은 그라운드 패치 구조를 이용한 마이크로스트립 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a microstrip antenna using a ground patch structure.

마이크로스트립 안테나(microstrip antenna)는 휴대용 단말기, 블루투스를 비롯한 각종 무선통신기기 등에 사용되고 있다. Microstrip antennas are used in portable terminals, Bluetooth, and various other wireless communication devices.

마이크로스트립 안테나는 유전율이 낮을수록，기판이 두꺼울수록 효율이 좋다. 또한, 마이크로 스트립 안테나는 주파수가 높을수록 효율이 좋기 때문에 준마이크로파 대역(1~3 GHz)과 같이 비교적 높은 주파수에서 적용할 수 있다.The lower the dielectric constant of a microstrip antenna, the thicker the substrate, the better the efficiency. In addition, since a microstrip antenna has higher efficiency at a higher frequency, it can be applied at a relatively high frequency such as a quasi-microwave band (1 to 3 GHz).

마이크로스트립 안테나는 유전체의 상면에 장방형 또는 원형의 방사 패치를 부착한 간단한 구조의 평면 안테나로서, 대역폭이 좁고 효율이 낮다는 단점이 있으나 가격이 저렴하고 소형 및 경량으로 제작할 수 있어 대량 생산에 적합하다는 이점이 있다.The microstrip antenna is a simple planar antenna with a rectangular or circular radiation patch on the top surface of the dielectric. It has a narrow bandwidth and low efficiency, but it can be manufactured at a low cost, small size and light weight, There is an advantage.

한편, 오늘날 정보화에 따라 이동통신 단말기가 급속히 보급되고 이동통신 장비 역시 소형화되어 감에 따라 안테나의 크기 또한 필연적으로 작아질 수밖에 없다. 현재와 같은 기술 발달 과정에서 효율이 좋고， 경량화된 마이크로스트립 안테나의 필요성은 증가되고 있는 추세이다.On the other hand, as the mobile communication terminal rapidly spreads and the mobile communication equipment becomes miniaturized according to the informationization today, the size of the antenna also necessarily becomes smaller. In the current technology development, the need for efficient and lightweight microstrip antennas is increasing.

이동통신에 쓰이는 송수신기에는 대부분 일정한 방향과 거리로 송수신이 가능하게 하는 지향성 안테나가 사용되고 있고， 그 지향성 안테나의 성능에 따라 송수신 통신이 가능하게 하는 커버리지 범위가 결정된다. 안테나의 성능을 높여 커버리지 범위를 확장시키고， 안테나 간의 격리도를 향상시켜 피드백에 의한 시스템의 발진현상을 제거하는 것이 필수적이다.In a transceiver used in mobile communication, a directional antenna that allows transmission and reception in a predetermined direction and distance is used, and a coverage range that enables transmission and reception communication is determined according to the performance of the directional antenna. It is essential to increase the coverage of the antenna by improving the performance of the antenna and improve the isolation between the antennas to eliminate the oscillation of the system by the feedback.

지향성 안테나의 설계 제작시에 의도한 방향과 다르게 측엽(side lobe)과 후엽(back lobe)이 생겨서 원하지 않는 방향까지 방사하게 되어 노이즈성 전파가 발생하고，이에 따른 주엽(main lobe)의 레벨 감소로 이득과 효율이 낮아져 커버리지 축소라는 결과를 초래한다.Side lobes and back lobes are generated at the time of designing and manufacturing the directional antenna, and noise propagation occurs due to radiation to an undesired direction, resulting in a reduction in the level of the main lobe The gain and efficiency are lowered, resulting in a reduction in coverage.

그리고, 일반적으로 도너(donor)와 서비스(service)측으로 두 개의 안테나를 사용하는 중계기의 경우에는 서로 다른 안테나의 신호가 피드백되어 시스템 내의 발진 현상을 일으키게 되어 고장이 유발될 수 있다. 결국, 안테나의 격리도가 중요한데 일반적으로 안테나 간의 거리를 멀리하면 격리도를 높일 수 있다. In general, in the case of a repeater using two antennas for a donor and a service, signals of different antennas are fed back to cause oscillation in the system, which may cause a failure. As a result, the isolation level of the antenna is important. In general, the distance between the antennas can be increased to increase the isolation level.

그러나, 이 경우 안테나의 설치 비용과 철거 비용이 많아 들고 안테나의 부피가 커지는 결과를 초래하게 된다. 그래서, 안테나 특성을 개선하는 방법과 기구물을 이용하는 방법，안테나의 배치 등을 이용하여 안테나 간의 상관도를 최대한 낮추고 있다. 현재 소형 중계기에서 사용하는 방법으로 안테나의 한쪽에는 수직편파로 송수신하고 다른 한쪽에는 수평편파로 송수신하고 있으나, 직교된 편파로 전파수신을 상쇄시키는 것은 한계가 있다. However, in this case, the installation cost and demolition cost of the antenna are increased, resulting in an increase in the volume of the antenna. Therefore, the correlation between the antennas is minimized by using a method of improving antenna characteristics, a method of using an apparatus, and an arrangement of antennas. Currently, antennas are transmitting and receiving vertically polarized waves on one side and horizontally polarized waves on the other side, but there is a limit to cancel the reception of orthogonal polarized waves.

소형 중계기는 비교적 좁은 공간에서 많이 사용되어 주변 환경에서 전파가 반사되어 올 장애물이 많으면 선형편파의 한 방향 벡터 성분이 반사에 의해 쉽게 깨지게 된다. A small repeater is used in a relatively narrow space, and when there are many obstacles to be reflected by the radio waves in the surrounding environment, one directional vector component of the linear polarization is easily broken by the reflection.

기본적으로 안테나의 편파 내에는 주 편파 외에 편파의 선형성을 악화시키는 고차모드의 교차편파가 포함되어 있다. 마이크로스트립 안테나의 경우 방사 패치의 모서리 부분에서 전류분포가 일그러지는 현상으로 또 다른 교차편파가 발생하게 되어 편파분리 효과만으로는 충분한 격리도가 나오지 않아 불필요한 전파를 직간접적으로 차단해야 한다. 또한, 안테나의 후엽방사로부터 방사판을 회절하여 넘어오는 전파는 안테나 간의 격리도를 낮추는 영향을 끼친다. 후엽으로 인한 전파차단을 위해 도체의 방사판을 이용하지만 전파의 특정 중 하나인 회절로 인해 완전히 반사되지 않고 약간의 전파가 방사판의 표면을 따라 넘어오기 때문에 완전히 전파를 차단하는 것은 어렵다Fundamentally, in the polarization of the antenna, the cross polarization of the higher-order mode is included to worsen the linearity of the polarization other than the main polarization. In the case of a microstrip antenna, the current distribution is distorted at the corner of the radiation patch, and another cross polarization is generated. Therefore, the polarization isolation effect does not provide a sufficient isolation degree so that unnecessary radio waves must be cut off directly or indirectly. Also, the radio waves that are diffracted by the radiation plate from the backward radiation of the antenna have an effect of lowering the degree of isolation between the antennas. It is difficult to completely block the propagation because the radiation plate of the conductor is used for blocking the propagation due to the posterior leaf but the propagation is not completely reflected due to diffraction which is one of the specific characteristics of the radio wave and a certain radio wave is passed along the surface of the radiation plate

또한, 최근 간섭제거시스템(ICS)칩이 개발되면서 일체형 중계기가 이동통신 시장에 사용되고 있으나, 간섭제거 시스템의 추가설치로 중계기의 제작비용이 비싸지고，기본적인 안테나 간의 격리도가 확보가 되지 않으면 간섭제거시스템 칩만으로 개선되는 정도에 한계가 있어 고 이득의 중계기 특성이 나오기 어렵다는 문제점이 있다.In addition, although the integrated repeater is being used in the mobile communication market due to the recent development of the interference cancellation system (ICS) chip, if the installation cost of the repeater is increased due to the additional installation of the interference cancellation system, There is a limitation that the degree of improvement can be limited only by the chip, and there is a problem that characteristics of a high-gain repeater are difficult to come out.

대한민국 특허 출원 제10-1502-0008502호Korean Patent Application No. 10-1502-0008502

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 마이크로 스트립 안테나의 측엽, 후엽으로 방사되는 전파를 차단하여 안테나의 지향성을 높이고, 배열 안테나의 경우 인접 안테나에 영향을 주게 되는 커플링 현상을 없애 격리도를 높일 수 있는 마이크로스트립 안테나를 제공하고자 함에 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to improve the directivity of an antenna by intercepting a radio wave radiated to a side leaf and a posterior leaf of a microstrip antenna and to eliminate a coupling phenomenon And an object of the present invention is to provide a microstrip antenna capable of increasing the degree of isolation.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 마이크로스트립 안테나는 접지기판; 상기 접지기판 상부의 하부기판; 입력케이블과 연결된 급전점을 갖는 방사판; 상기 방사판과 상기 하부기판 사이의 유전체; 상기 하부기판과 상기 유전체 사이에 위치되고 상기 접지기판과 비아홀로 연결된 복수의 그라운드 패치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a microstrip antenna comprising: a ground substrate; A lower substrate on the ground substrate; A radiation plate having a feed point connected to an input cable; A dielectric between the radiation plate and the lower substrate; A plurality of ground patches positioned between the lower substrate and the dielectric and connected to the ground substrate through via holes; And a control unit.

또한, 상기 입력케이블은 상기 접지기판, 상기 하부기판, 상기 유전체를 관통하여 상기 급전점과 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the input cable is connected to the feed point through the ground substrate, the lower substrate, and the dielectric.

또한, 상기 그라운드 패치는 원형 또는 다각형 형상을 갖고 상기 하부기판 중앙에 대칭되도록 배치되는 복수의 중앙 그라운드 패치와, 상기 복수의 중앙 그라운드 패치를 둘러싸도록 배치되는 복수의 외곽 그라운드 패치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The ground patch may include a plurality of center ground patches having a circular or polygonal shape and arranged to be symmetrical with respect to the center of the lower substrate and a plurality of outer ground patches arranged to surround the plurality of center ground patches do.

또한, 상기 그라운드 패치는 상기 하부기판 중앙에 대칭되도록 배치되는 복수의 중앙 그라운드 패치와, 상기 복수의 중앙 그라운드 패치의 외곽을 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 복수의 외곽 그라운드 패치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The ground patch includes a plurality of center ground patches arranged to be symmetrical to the center of the lower substrate and a plurality of outer ground patches arranged so as to surround the outer periphery of the plurality of center ground patches in a & .

또한, 상기 외곽 그라운드 패치는 상기 복수의 중앙 그라운드 패치의 외곽을 좌우로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제1 그라운드 패치와, 상기 제1 그라운드 패치의 외곽을 상하로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제2 그라운드 패치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The outer ground patch includes a first ground patch arranged so as to surround the outer periphery of the plurality of center ground patches in a right and left direction and surrounded by a " C "shape, and a second ground patch arranged to divide the outer periphery of the first ground patch into upper and lower portions And a second ground patch disposed so as to surround the first ground patch.

또한, 상기 외곽 그라운드 패치는 상기 제2 그라운드 패치의 외곽을 좌우로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제3 그라운드 패치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, the outer ground patch may further include a third ground patch arranged to surround the outer periphery of the second ground patch in a " C "

또한, 상기 외곽 그라운드 패치에서, 상기 "ㄷ"자 형상의 중앙을 연결한 길이는 상기 마이크로스트립 안테나가 송수신하는 파의 중심주파수 파장길이와 같도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the outer ground patch, a length of the center of the "C " shape is set to be equal to a center frequency wavelength length of a wave transmitted and received by the microstrip antenna.

또한, 상기 하부기판은 상기 입력케이블과 상기 접지기판의 연결부분이 오픈 스터브로 되어 있는 것을 특징으로 한다.Further, the lower substrate is characterized in that a connecting portion between the input cable and the ground substrate is an open stub.

본 발명에 따르면, 다수의 그라운드 패치가 적용된 접지면을 이용하여 방사판이 포함된 기구물의 표면을 따라 회절하여 넘어오는 표면파 및 교차편파의 불필요한 전파의 특정주파수 대역을 차단하고 기구물 자체에 남아있는 유기전류를 상쇄하여 안테나의 격리도를 높이고 이득을 개선할 수 있는 마이크로스트립 안테나를 제공할 수 있다. According to the present invention, by using a ground plane to which a plurality of ground patches are applied, it is possible to cut off a specific frequency band of surface waves and crossed polarizations that are diffracted along the surface of a structure including a radiation plate, It is possible to provide a microstrip antenna capable of improving the degree of isolation of the antenna and improving the gain.

도 l은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나의 단면도이다.
도 2는 도 1의 마이크로스트립 안테나의 평면도이다.
도 3은 도 1의 마이크로스트립 안테나의 저면도이다.
도 4는 도 1의 마이크로스트립 안테나에서 그라운드 패치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 마이크로스트립 안테나에서 그라운드 패치의 길이를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 마이크로스트립 안테나의 효과를 시험한 모노폴의 기본형태 안테나를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 중앙 그라운드 패치의 크기 변화에 따라 차단되는 주파수 대역의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 반사손실도와 격리도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 외곽 그라운드 패치의 개수에 따른 격리도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 중앙 그라운드 패치 간의 간격에 따른 격리도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 하부기판 하부에 부착된 접지기판이 오픈 스터브를 포함하는 실시예를 도시하는 도면이다.
도 12는 도 11의 오픈 스터브의 상세도이다.
도 13은 오픈 스터브가 적용된 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 반사손실도와 격리도를 나타내는 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the microstrip antenna of FIG. 1. FIG.
3 is a bottom view of the microstrip antenna of FIG.
4 is a view for explaining a ground patch in the microstrip antenna of FIG.
FIG. 5 is a view for explaining the length of a ground patch in the microstrip antenna of FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a monopole basic type antenna that tests the effect of the microstrip antenna of FIG. 1; FIG.
7 is a graph illustrating a change in a frequency band that is cut off according to a change in size of a center ground patch in the microstrip antenna of the present invention.
8 is a graph showing reflection loss and isolation of the microstrip antenna according to the present invention.
9 is a graph showing the isolation of the microstrip antenna according to the number of outer ground patches of the present invention.
10 is a graph showing an isolation diagram according to a distance between center ground patches in the microstrip antenna of the present invention.
11 is a view showing an embodiment in which the ground substrate attached to the lower portion of the lower substrate in the microstrip antenna of the present invention includes an open stub.
12 is a detailed view of the open stub of Fig.
13 is a graph showing reflection loss and isolation of the microstrip antenna of the present invention to which the open stub is applied.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout. The same reference numerals in the drawings denote like elements throughout the drawings.

도 l은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나(100)의 단면도이다. 도 2는 도 1의 마이크로스트립 안테나의 평면도이다. 도 3은 도 1의 마이크로스트립 안테나의 저면도이다. 도 4는 도 1의 마이크로스트립 안테나에서 그라운드 패치를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 1의 마이크로스트립 안테나에서 그라운드 패치의 길이를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a cross-sectional view of a microstrip antenna 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the microstrip antenna of FIG. 1. FIG. 3 is a bottom view of the microstrip antenna of FIG. 4 is a view for explaining a ground patch in the microstrip antenna of FIG. FIG. 5 is a view for explaining the length of a ground patch in the microstrip antenna of FIG. 1. FIG.

상기 마이크로스트립 안테나(130)는 접지기판(120), 하부기판(130), 유전체(140), 방사판(150), 그라운드 패치(160)를 포함한다. The microstrip antenna 130 includes a ground substrate 120, a lower substrate 130, a dielectric 140, a radiation plate 150, and a ground patch 160.

접지기판(120)은 접지를 위한 기판으로 최하부에 위치한다. 접지기판(120)은 일반적으로 동판으로 이루어져 있으나 도체 평판이면 어느 것이든 가능하다. 접지기판(120)은 입력케이블(110)과 연결되고, 입력케이블(110)은 접지기판(120), 하부기판(130), 유전체(140)를 차례로 관통하여 방사판(150)에 위치하는 급전점(151)과 연결될 수 있다. The ground substrate 120 is located at the lowermost position as a substrate for grounding. The ground substrate 120 is generally made of a copper plate, but it can be any of a conductive plate. The ground plate 120 is connected to the input cable 110. The input cable 110 passes through the ground plate 120, the lower plate 130 and the dielectric 140 in order, And may be connected to the point 151.

하부기판(130)은 접지기판(120)의 상부에 위치한다. The lower substrate 130 is located on the ground substrate 120.

방사판(150)은 입력케이블(110)과 연결된 급전점(151)을 갖는다. 방사판(150)은 입력케이블(110)에서 공급되는 교류전류의 주파수에 따라서 이러한 주파수의 파장이 공간상으로 방사되어 나가도록 하는 역할을 한다. The radiation plate 150 has a feed point 151 connected to the input cable 110. The radiation plate 150 functions to radiate the wavelength of the frequency in accordance with the frequency of the AC current supplied from the input cable 110.

유전체(140)는 방사판(150)과 하부기판(130) 사이에 위치한다. The dielectric 140 is positioned between the radiating plate 150 and the lower substrate 130.

그라운드 패치(160)는 하부기판(130)과 유전체(140) 사이에 위치되고, 접지기판(120)과 비아홀(via hole)(125)로 연결된다. 그라운드 패치(160)는 접지기판(120)과 비아홀(125)로 연결되어 있어 하부기판(130) 전체가 접지도체 역할을 하게 된다. 이때, 그라운드 패치(160)의 구조에 따라 격리도를 증가시키고，반사 손실의 정도를 줄일 수 있게 된다. The ground patch 160 is positioned between the lower substrate 130 and the dielectric 140 and connected to the ground substrate 120 through a via hole 125. The ground patch 160 is connected to the ground substrate 120 through a via hole 125 so that the entire lower substrate 130 serves as a grounding conductor. At this time, depending on the structure of the ground patch 160, the degree of isolation can be increased and the degree of reflection loss can be reduced.

도 4를 참조하면, 그라운드 패치(160)는 중앙 그라운드 패치(161)와 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)를 포함한다. 이러한 중앙 그라운드 패치(161)와 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)는 다른 안테나와의 격리도를 증가시키고， 반사손실도를 줄여서 안테나의 효율을 높이는 역할을 하게 된다.Referring to FIG. 4, the ground patch 160 includes a center ground patch 161 and outer ground patches 162, 163, and 164. The center ground patch 161 and the outer ground patches 162, 163, and 164 increase the degree of isolation from other antennas and reduce the reflection loss, thereby enhancing the efficiency of the antenna.

중앙 그라운드 패치(161)는 원형, 타원형 또는 다각형 형상을 갖고 하부기판(130)의 중앙에 대칭되도록 복수 개가 배치된다. 도시된 실시예에서, 중앙 그라운드 패치(161)는 하부기판(130)의 중앙에 16개가 대칭되도록 배치되어 있다. 각각의 중앙 그라운드 패치(161)의 중앙에는 비아홀(125)이 하부기판(130) 및 접지기판(120)과 연결되어, 입력단자의 양극은 입력케이블(110)에 연결되고, 입력단자의 음극은 접지기판(120)에 연결된다.The center ground patch 161 has a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape, and a plurality of the center ground patches 161 are arranged to be symmetrical to the center of the lower substrate 130. In the illustrated embodiment, the center ground patches 161 are arranged so that 16 are symmetrically arranged in the center of the lower substrate 130. A via hole 125 is connected to the lower substrate 130 and the ground substrate 120 at the center of each central ground patch 161 so that the anode of the input terminal is connected to the input cable 110, And is connected to the ground substrate 120.

외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)는 복수의 중앙 그라운드 패치(161)의 외곽을 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 복수 개가 배치된다. A plurality of outer ground patches 162, 163, and 164 are disposed so as to surround the outer peripheries of the plurality of central ground patches 161 in a " C "shape.

외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)는 복수의 중앙 그라운드 패치(161)의 외곽을 좌우로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제1 그라운드 패치(162)를 포함한다. 전계중심으로 배치한 "ㄷ"자 모양의 제1 그라운드 패치(162)는 외부에서 들어와 간섭현상을 일으키는 전자파의 전계 성분을 상쇄시키고，안테나의 측엽에서의 반사 손실도를 줄이게 된다. 즉, 전계중심으로 배치한 "ㄷ"자 모양의 제1 그라운드 패치(162)는 전자파의 간섭을 제거하는 역할과 안테나의 출력을 향상시키는 역할을 하게 된다The outer ground patches 162, 163 and 164 include a first ground patch 162 arranged to surround the outer peripheries of the plurality of central ground patches 161 in the right and left directions and to surround them in a " C "shape. The first ground patch 162 having a "C" shape arranged at the electric field center cancels the electric field component of the electromagnetic wave that enters from the outside and causes the interference phenomenon, and reduces the reflection loss in the side leaf of the antenna. That is, the first ground patch 162 having a "C" shape arranged at the electric field center serves to eliminate electromagnetic interference and to improve the output of the antenna

외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)는 제1 그라운드 패치의 외곽(162)을 상하로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제2 그라운드 패치(163)를 포함한다. 자계중심 방향의 "ㄷ"자 모양의 제2 그라운드 패치(163)는 전자파의 자계방향 성분을 상쇄시키고，안테나의 측엽에서의 반사 손실도를 줄이게 된다. 결국, "ㄷ"자 모양의 제2 그라운드 패치(163)는 마이크로스트립 안테나(100) 내로 들어오는 전자파를 차단하고 반사 손실도를 줄여 안테나의 출력을 향상시키는 역할을 하게 된다. The outer ground patches 162, 163 and 164 include a second ground patch 163 which is arranged so as to divide the outer periphery 162 of the first ground patch into upper and lower portions and surround it in a " C "shape. The second ground patch 163 having a "C" shape in the magnetic field center direction cancels the magnetic field component of the electromagnetic wave and reduces the reflection loss in the side leaf of the antenna. As a result, the second ground patch 163 shaped like a " C " shields electromagnetic waves entering the microstrip antenna 100 and reduces the reflection loss, thereby improving the output of the antenna.

외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)는 제2 그라운드 패치(163)의 외곽을 좌우로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제3 그라운드 패치(164)를 포함할 수 있다. The outer ground patches 162, 163 and 164 may include a third ground patch 164 arranged to surround the outer periphery of the second ground patch 163 in a " C "

도 5에 도시된 바와 같이, 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)에서 "ㄷ"자 형상의 중앙을 연결한 길이가 마이크로스트립 안테나(100)가 송수신하는 파의 중심주파수 파장길이와 동일 또는 유사하도록 하는 것이 격리도 상승과 반사 손실도를 줄이는 데에 효과적이다. As shown in Fig. 5, the length of the outer ground patches 162, 163 and 164 connected to the center of the " C "shape is the same as or similar to the center frequency wavelength length of a wave transmitted and received by the microstrip antenna 100 Is effective in reducing the degree of isolation and the reflection loss.

도 6은 도 1의 마이크로스트립 안테나의 효과를 시험한 모노폴의 기본형태 안테나를 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 접지기판(120)을 양쪽으로 대칭되게 배치하여 격리도와 반사손실도를 측정한다.FIG. 6 is a diagram showing a monopole basic type antenna that tests the effect of the microstrip antenna of FIG. 1; FIG. As shown in the figure, the grounding substrate 120 is symmetrically disposed on both sides to measure the isolation degree and the reflection loss degree.

이하에서는, 상세한 수치를 대입하여 그라운드 패치 구조를 적용한 마이크로스트립 안테나의 격리도，반사손실도 등의 효과를 살펴보기로 한다.Hereinafter, the effects of isolation and reflection loss of the microstrip antenna to which the ground patch structure is applied by substituting the detailed numerical values will be described.

도 l에서, 유전체(140) 위에 놓인 방사판(150)의 두께는 0.030mm ~ 0.040mm, 바람직하게는 0.035mm 이다. In Figure 1, the thickness of the radiation plate 150 overlying the dielectric 140 is 0.030 mm to 0.040 mm, preferably 0.035 mm.

유전체(140) 하부에 위치한 하부기판(130)은 스티로폼 재질로 이루어졌고, 상대 유전율이 l에 가깝다. 하부기판(130)은 비유전율이 4.4이고, 두께가 0.7mm~0.9mm, 바람직하게는 0.8mm 이다. The lower substrate 130 located under the dielectric 140 is made of a styrofoam material and has a relative permittivity close to 1. The lower substrate 130 has a relative dielectric constant of 4.4 and a thickness of 0.7 mm to 0.9 mm, preferably 0.8 mm.

방사판(150)과 하부기판(130) 사이의 유전체(140)는 4.5mm ~ 5.5mm, 바람직하게는 5mm의 두께를 갖는다. The dielectric 140 between the radiation plate 150 and the lower substrate 130 has a thickness of 4.5 mm to 5.5 mm, preferably 5 mm.

하부기판(130) 상부에 부설된 사각형 모양의 중앙 그라운드 패치(161)의 두께는 O.05mm ~ 0.07mm, 바람직하게는 0.06mm 이다. The rectangular central ground patch 161 attached to the upper portion of the lower substrate 130 has a thickness of 0.05 mm to 0.07 mm, preferably 0.06 mm.

하부기판(130) 밑에 부설된 접지기판(120)은 두께가 0.05mm ~ 0.07mm, 바람직하게는 0.06mm 이다.The ground substrate 120 provided under the lower substrate 130 has a thickness of 0.05 mm to 0.07 mm, preferably 0.06 mm.

신호가 들어오는 입력 케이블(110), 입력 케이블(110)로부터 방사판(150)에 급전되는 급전점(151)의 핀지름은 O. 5mm ~ 1. 5mm, 바람직하게는 1mm 이다 . The input diameter of the feed point 151 fed from the input cable 110 and the input cable 110 to the radiation plate 150 is 0.05 mm to 1.5 mm and preferably 1 mm.

그라운드 패치(160)와 하부기판(130) 밑의 접지기판(120)을 연결하는 비아홀(125)은 지름이 1mm 로 구성된다.The via hole 125 connecting the ground patch 160 and the ground substrate 120 under the lower substrate 130 has a diameter of 1 mm.

도 4에서, "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)는 패치간 간격이 0.5mm, "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)의 길이는 145.3mm, "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)의 폭은 4mm 이다In Fig. 4, the outer ground patches 162, 163, and 164 of the "C" shape are 0.5 mm in interval between patches, the outer ground patches 162, 163, The width of the "C" -shaped outer ground patches 162, 163 and 164 is 4 mm

"ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)의 길이는 모두 같고, "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)의 길이는 안테나 해당 주파수 1.97GHz와 2.16GHz의 중심주파수 2.065GHz의 자유공간 파장길이이다. "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)는 이격되어 배치되는 다수의 비아홀(125)로 접지된 상태이고, 비아홀(125)간 간격은 중요하지 않고 비아홀(125) 개수 또한 충분히 접지될 정도만 있으면 된다.The lengths of the outer ground patches 162, 163 and 164 are equal to each other and the lengths of the outer ground patches 162, 163 and 164 are " C " The free-space wavelength is 2.065 GHz in center frequency. The outer ground patches 162, 163 and 164 are grounded by a plurality of spaced apart via holes 125 and the spacing between the via holes 125 is not important and the number of via holes 125 is also sufficient It only needs to be grounded.

도 4에서, 사각형의 중앙 그라운드 패치(161)의 가로，세로 길이는 16mm, 간격은 1mm, 비아홀(125)의 위치는 패치의 중앙이다. 패턴의 크기 및 간격은 표 l에 나타난 바와 같이, 중심주파수 2.065GHz의 전파를 차단하기 위한 크기이고, 비아홀(125)은 "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)와 다르게 정중앙에 하나 위치한다.4, the rectangular central patch 161 has a width of 16 mm and a length of 1 mm, and the position of the via hole 125 is the center of the patch. As shown in Table 1, the size and the interval of the pattern are the sizes for shielding the radio waves of the center frequency 2.065 GHz and the via holes 125 are formed in the center of the outer ground patches 162, 163 and 164 different from the " .

마이크로스트립 안테나에서 차단효과와 반사손실도는 "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164)의 개수에 따른 차단효과，중앙 그라운드 패치(161)의 개수와 간격에 따른 효과를 본다.The blocking effect and the reflection loss of the microstrip antenna are affected by the number of the outer ground patches 162, 163, 164 and the number and spacing of the center ground patches 161.

순수하게 그라운드 패치(160)의 전파차단 효과를 보기 위해 다른 환경을 모두 제거하고 무지향성 안테나인 모노폴(monopole)의 기본형태 안테나(10)를 도 6과 같이 접지기판(120) 양쪽에 위치시켜 도 7과 같이 안테나 간의 격리도를 측정하였다.In order to observe the radio wave shielding effect of the pure ground patch 160, all other environments are removed and a monopole basic type antenna 10, which is a non-directional antenna, is placed on both sides of the ground substrate 120 as shown in FIG. 6 As shown in Fig.

도 7은 도 4에 도시된 중앙 그라운드 패치(161)의 크기 변화에 따라 차단되 는 주파수 대역의 변화를 나타내는 그래프이다. 도면부호 211, 212, 213, 214는 각각 사각형 중앙 그라운드 패치(161)의 가로，세로 길이가 16mm, 17mm, 18mm, 21mm 인 경우의 차단되는 주파수를 나타낸다.FIG. 7 is a graph showing a change in the frequency band that is cut off according to the size change of the center ground patch 161 shown in FIG. Reference numerals 211, 212, 213, and 214 denote cutoff frequencies when the rectangular central ground patch 161 is 16 mm, 17 mm, 18 mm, and 21 mm, respectively.

이와 같이, 중앙 그라운드 패치(161)의 크기를 변화시켰고, 그에 따라 차단되는 주파수 대역이 변하는 것을 도 7과 표 1에서 확인할 수 있다(해당 구조에서는 사각형 패치의 가로, 세로가 18mm 일 때, 2.065GHz 대역의 전파를 차단시키는 것을 확인할 수 있다).7 and Table 1 show that the size of the center ground patch 161 is changed and thus the frequency band to be shielded is changed (in this structure, when the width and height of the rectangular patch are 18 mm, 2.065 GHz Band is blocked).

사각형 그라운드 패치의 가로，세로 길이(mm)Horizontal, vertical length of square ground patch (mm) 차단 대역 중심주파수(GHz)Cutoff Band Center Frequency (GHz) 1616 2.232.23 1717 2.122.12 1818 2.042.04 2121 1.801.80

도 8은 스터브 미적용 마이크로스트립 안테나에서 반사손실도와 격리도 그래프로서, 도면부호 215는 중심주파수가 2.062GHz인 경우 안테나의 반사손실도를 나타내고, 도면부호 216은 일체형 중계기의 안테나 2개 간의 격리도를 나타내고 약 77dB 이다. 일반 안테나의 경우 격리도가 30-50dB 이고, 본 실시예에서는 이보다 약 25dB 이상 높아 일체형에 적합하다. FIG. 8 is a graph of reflection loss and isolation in the stubless microstrip antenna, reference numeral 215 denotes the reflection loss of the antenna when the center frequency is 2.062 GHz, reference numeral 216 denotes the isolation between two antennas of the integrated repeater It is about 77 dB. In the case of a general antenna, the isolation degree is 30-50 dB, and in this embodiment, it is higher by about 25 dB or more, which is suitable for an integral type.

도 9는 "ㄷ" 자 모양의 외곽 그라운드 패치(162, 163, 164) 패턴의 개수에 따른 격리도를 나타낸 그래프이다. "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치 패턴의 수가 많을수록 안테나의 격리도는 증가하게 된다. 도면부호 221은 패턴 개수가 2개，도면부호 222는 패턴 개수가 3개， 도면부호 223은 패턴 개수가 4개, 도면부호 224는 패턴 개수가 5개인 경우를 나타낸다.9 is a graph showing the isolation of the " C "-shaped outer ground patches 162, 163 and 164 according to the number of patterns. The greater the number of "ㄷ" shaped outer patch patterns, the greater the degree of isolation of the antenna. Reference numeral 221 denotes a pattern number of 2, reference numeral 222 denotes a pattern number of 3, reference numeral 223 denotes a pattern number of 4, and reference numeral 224 denotes a case of 5 pattern number.

도 9에 도시된 바와 같이, "ㄷ"자 모양의 외곽 그라운드 패치 패턴의 개수가 증가될수록 전파차단 효과가 커지는 것을 확인할 수 있다. 그에 따라, 안테나의 크기 또한 커지기 때문에 면적 한계상 적당한 개수를 넣어야 한다，As shown in Fig. 9, it can be seen that the effect of shielding the radio wave becomes greater as the number of the outer patch patterns of the "C" shape is increased. Accordingly, since the size of the antenna also becomes larger,

도 10은 사각형 패치 패턴 간의 간격에 따른 전파차단 효과를 나타낸다. 도 7에서는 사각형 패치의 크기에 따라 전파차단 주파수 대역이 결정되나, 도 10에 도시된 바와 같이 사각형 패치간 간격은 전파차단 효과에 큰 영향이 없다. 도 10에서 도면부호 226은 패턴간 간격이 0.5mm인 경우，도면부호 227은 패턴간 간격이 1mm인 경우，도면부호 228은 패턴간 간격이 1.5mm인 경우，도면부호 229는 패턴간 간격이 2mm인 경우를 나타낸다.10 shows the effect of blocking the radio wave depending on the interval between the rectangular patch patterns. In FIG. 7, the propagation cut-off frequency band is determined according to the size of the rectangular patch. However, as shown in FIG. 10, the interval between the rectangular patches does not greatly affect the radio wave blocking effect. In FIG. 10, reference numeral 226 denotes a case where the interval between patterns is 0.5 mm, 227 denotes a case where the interval between patterns is 1 mm, 228 denotes a case where the interval between patterns is 1.5 mm, 229 denotes a case where the interval between the patterns is 2 mm .

도 11은 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 하부기판(130) 하부에 부착된 접지기판(120)이 오픈 스터브(170)를 포함하는 실시예를 도시하는 도면이다. 도 12는 도 11의 오픈 스터브의 상세도이다. 11 is a view showing an embodiment in which the ground substrate 120 attached to the lower portion of the lower substrate 130 in the microstrip antenna of the present invention includes the open stub 170. FIG. 12 is a detailed view of the open stub of Fig.

동축케이블(110)과 접지기판(120) 연결 부분이 오픈 스터브(open stub)로 되어 있는 그라운드 패치 구조를 이용한 마이크로스트럽 안테나에서는 임피던스 매칭에 의해 이중 공진을 유도하여 이득을 높일 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 하부기판(130)의 하부에 부착된 접지기판(120)이 오픈 스터브(170)를 포함하는 경우 전파차단 효과를 본다.In a microstrip antenna using a ground patch structure in which the connection portion of the coaxial cable 110 and the grounding substrate 120 is an open stub, the dual resonance can be induced by the impedance matching to increase the gain. As shown in FIG. 11, when the ground substrate 120 attached to the lower part of the lower substrate 130 includes the open stub 170, the radio wave shielding effect is observed.

FR-4 PCB 기판인 하부기판(130)은 유전율이 4.4이고, 가로 130mm, 세로 130mm, 두께는 O.5mm ~ 1.Omm, 바람직하게는 0.8mm 이다. 하부기판(130) 하부에 부착된 접지기판(120)의 두께는 O.5mm ~ l.Omm, 바람직하게는 0.6mm 이다.The lower substrate 130, which is an FR-4 PCB, has a dielectric constant of 4.4, a width of 130 mm, a length of 130 mm, and a thickness of 0.5 mm to 1.0 mm, preferably 0.8 mm. The thickness of the ground substrate 120 attached to the lower portion of the lower substrate 130 is 0.5 mm to 1.0 mm, preferably 0.6 mm.

도 12는 오픈 스터브(170)의 상세도면으로서, 접지기판(120) 하단의 50Ω CPWG선로는 선로폭(173)이 O.6mm ~ 1.Omm, 바람직하게는 0.9mm 이다. 선로와 접지연 간격(W1)은 O.lmm ~ O. 4mm, 바람직하게는 0.2mm 이다. 오픈 스터브의 스터브 길이(172)는 4.0mm ~ 5.0mm, 바람직하게는 4 .4mm 이다. 스터브 위치는 핀 급전점으로부터 6.7mm 이고, 스터브폭(171)은 O. 6mm ~ 1. Omm, 바람직하게는 0.9mm 이다. 12 is a detailed view of the open stub 170. The 50? CPWG line at the lower end of the ground substrate 120 has a line width 173 of 0.6 mm to 1.0 mm, preferably 0.9 mm. The contact delay interval W1 with the line is 0.1 to 0.4 mm, preferably 0.2 mm. The stub length 172 of the open stub is 4.0 mm to 5.0 mm, preferably, 4.4 mm. The stub position is 6.7 mm from the pin feeding point, and the stub width 171 is 0.6 mm to 1.00 mm, preferably 0.9 mm.

스터브와 접지연 간격(W2)은 0.1mm ~ 0.4mm, 바람직하게는 0.2mm 이다， 마이크로스트립 선로를 이용한 오픈 스터브로 임피던스 매칭하여 이중공진(1.97GHz，2.16GHz)을 유도한다.The stub and the contact delay W2 are 0.1 mm to 0.4 mm, preferably 0.2 mm. The double resonance (1.97 GHz, 2.16 GHz) is induced by impedance matching with an open stub using a microstrip line.

도 13은 오픈 스터브가 적용된 본 발명의 마이크로스트립 안테나에서 반사손실도와 격리도를 나타내는 그래프이다. 도면부호 231은 마이크로스트립 안테나의 반사손실도를 나타내고, VSWR 1.5 : 1(반사손실 -14dB) 기준 대역(SKT WCDMA TX, RX 대역)은 1.96~1.98GHz, 2.15~2.17GHz이고, 도면부호 232는 격리도로서 약 75dB 이고, 일반 안테나의 격리도 30-50dB 보다 약 25dB 이상 높아 일체형에 적합하다.13 is a graph showing reflection loss and isolation of the microstrip antenna of the present invention to which the open stub is applied. Reference number 231 denotes the reflection loss of the microstrip antenna. Reference bandwidths (VSWR 1.5: 1 (reflection loss-14 dB)) of the reference band (SKT WCDMA TX and RX bands) are 1.96 to 1.98 GHz and 2.15 to 2.17 GHz, Isolation degree is about 75dB, and isolation of general antenna is more than 25dB higher than 30-50dB, so it is suitable for integral type.

도 13의 도면부호 231에서 보듯이 오픈 스터브(170)에 의해 임피던스 매칭에 의한 이중공진을 유도함으로써 반사손실도가 중심주파수 l.97GHz，2.16GHz인 곳에서 최소가 된다，As shown by reference numeral 231 in FIG. 13, the double resonance by impedance matching is induced by the open stub 170, and the return loss is minimized at a center frequency of 1.97 GHz and 2.16 GHz,

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention will be.

100 : 마이크로스트립 안테나
110 : 입력케이블
120 : 접지기판
125 : 비아홀
130 : 하부기판
140 : 유전체
150 : 방사판
151 : 급전점
160 : 그라운드 패치
161 : 중앙 그라운드 패치
162, 162, 163 : 외곽 그라운드 패치
170 : 오픈 스터브100: Microstrip antenna
110: Input cable
120: ground substrate
125:
130: Lower substrate
140: Dielectric
150: Radiation plate
151: Feed point
160: Ground patch
161: Central ground patch
162, 162, 163: outer ground patch
170: Open stub

Claims

마이크로스트립 안테나에 있어서,
접지기판;
상기 접지기판 상부의 하부기판;
입력케이블과 연결된 급전점을 갖는 방사판;
상기 방사판과 상기 하부기판 사이의 유전체;
상기 하부기판과 상기 유전체 사이에 위치되고 상기 접지기판과 비아홀로 연결된 복수의 그라운드 패치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.In a microstrip antenna,
Ground substrate;
A lower substrate on the ground substrate;
A radiation plate having a feed point connected to an input cable;
A dielectric between the radiation plate and the lower substrate;
A plurality of ground patches positioned between the lower substrate and the dielectric and connected to the ground substrate through via holes;
And a plurality of microstrip antennas.

제1항에 있어서,
상기 입력케이블은 상기 접지기판, 상기 하부기판, 상기 유전체를 관통하여 상기 급전점과 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the input cable is connected to the feed point through the ground substrate, the lower substrate, and the dielectric.

제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 그라운드 패치는 원형 또는 다각형 형상을 갖고 상기 하부기판 중앙에 대칭되도록 배치되는 복수의 중앙 그라운드 패치와, 상기 복수의 중앙 그라운드 패치를 둘러싸도록 배치되는 복수의 외곽 그라운드 패치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the ground patch comprises a plurality of center ground patches having a circular or polygonal shape and arranged to be symmetrical to the center of the lower substrate and a plurality of outer ground patches arranged to surround the plurality of center ground patches Strip antenna.

제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 그라운드 패치는 상기 하부기판 중앙에 대칭되도록 배치되는 복수의 중앙 그라운드 패치와, 상기 복수의 중앙 그라운드 패치의 외곽을 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 복수의 외곽 그라운드 패치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the ground patch includes a plurality of center ground patches arranged to be symmetrical to the center of the lower substrate and a plurality of outer ground patches arranged so as to surround the outer periphery of the plurality of center ground patches in a & A microstrip antenna.

제4항에 있어서,
상기 외곽 그라운드 패치는 상기 복수의 중앙 그라운드 패치의 외곽을 좌우로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제1 그라운드 패치와, 상기 제1 그라운드 패치의 외곽을 상하로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제2 그라운드 패치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.5. The method of claim 4,
The outer ground patch includes a first ground patch arranged to surround the outer periphery of the plurality of center ground patches in a right and left direction and surrounded by a " C "shape, and a second ground patch arranged to surround the outer ground of the first ground patch, And a second ground patch disposed so as to surround the first ground patch.

제5항에 있어서,
상기 외곽 그라운드 패치는 상기 제2 그라운드 패치의 외곽을 좌우로 등분하여 "ㄷ"자 형상으로 둘러싸도록 배치되는 제3 그라운드 패치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.6. The method of claim 5,
Wherein the outer ground patch further comprises a third ground patch disposed so as to surround the outer periphery of the second ground patch in a " C "shape by equally dividing the outer periphery of the second ground patch.

제4항에 있어서,
상기 외곽 그라운드 패치에서, 상기 "ㄷ"자 형상의 중앙을 연결한 길이는 상기 마이크로스트립 안테나가 송수신하는 파의 중심주파수 파장길이와 같도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.5. The method of claim 4,
Wherein a length of the center of the " C "shape in the outer ground patch is equal to a center frequency wavelength of a wave transmitted and received by the microstrip antenna.

제4항에 있어서,
상기 하부기판은 상기 입력케이블과 상기 접지기판의 연결부분이 오픈 스터브로 되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 안테나.5. The method of claim 4,
Wherein the lower substrate has an open stub connection portion between the input cable and the ground substrate.