KR100701310B1

KR100701310B1 - 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나

Info

Publication number: KR100701310B1
Application number: KR1020050010152A
Authority: KR
Inventors: 김영일; 김용진; 니콜라이 페트로비치 추빈스키; 권도훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: KR20060089081A; US7583231B2; US20060170602A1

Abstract

특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나가 개시된다. 본 발명은 단일의 판으로 이루어진 방사부, 단일의 판으로 이루어진 접지부, 일측면에 전술한 방사부를 부착하고, 타측면에 전술한 접지부를 부착한 유전체 기판, 및 전술한 방사부의 일단에 연결되는 주파수대역 저지 필터부를 포함한다. 바람직하게는, 전술한 주파수대역 저지 필터부는 신호선과 직렬연결된 제1커패시터, 일단이 제1커패시터와 병렬연결되며, 타단은 접지된 공진기 및 일측이 제1커패시터와 직렬연결되며, 타측은 전술한 방사부에 직렬연결된 제2커패시터를 포함한다. 또한 제1커패시터는 분포소자이고, 제2커패시터는 집중소자이고, 전술한 공진기는 인덕터와 공진기내에 있는 제3커패시터가 직렬연결된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 구성에 의하면, 초광대역의 통과대역보다 낮은 주파수 제거가 가능하게 된다.

노치필터, 초광대역 안테나, UWB, 대역저지 필터

Description

특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나{Antenna having Band Rejection Filter}

도 1은 종래기술인 주파수 노치기능을 가지는 평면형 초광대역 안테나를 나타내는 도면,

도 2는 다른 종래기술인 주파수 선택성을 갖는 초광대역 안테나를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 주파수 대역저지 필터부의 구성을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 마이크로스트립 선로의 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 주파수에 따른 VSWR 의 변화특성 그래프,

도 7는 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 주파수에 따른 이득의 변화를 측정하기 위한 실험의 모식도,

도 8a는 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 UWB 통과대역 주파수에서의 방사량 특성을 비교한 그래프, 및

도 8b는 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 UWB 통과대역 이하의 주파수에서의 방사량 특성을 비교한 그래프이다.

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나에 관한 것이다.

기존의 UWB 안테나(초광대역 안테나:Ultra wide band antenna)는 3.1-10.6GHz의 초광대역 의 통과대역을 구현하는 데 초점이 맞추어져 있었다. 그러나 이후에는 통신성능의 향상을 위해 초광대역의 통과대역의 성능을 유지하면서 특정 주파수 대역을 제거하는 안테나의 기술개발 필요성이 대두되었다.

도 1은 종래기술인 주파수 노치기능을 가지는 평면형 초광대역 안테나를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 특정 주파수 대역 저지기능을 가지는 안테나를 구현하기 위한 종래의 기술로서 특허출원 제 2003-0101708호에 개시된 발명의 내용을 살펴보기로 한다. 전술한 발명에서는 특정 주파수 대역 저지 기능의 구현을 위하여 안테나에 전류의 흐름을 방해하는 방향으로 V-모양의 슬롯(10)을 삽입하는 방법이 제안되었다. 즉, 전술한 발명에서는 삽입되는 슬롯의 길이(20)에 따라 차단주파수를 조정하는 방법이 채택된 것이다. 한편, GPS 위성은 GPS 대역(L2대역:1227.6MHz, L1대역:1575.42MHz)의 주파수를 이용하여 송신하고, GPS 수신기 또한 GPS 대역의 주파수를 송신한다. 3.1-10.6GHz의 통과대역을 이용하는 UWB 통신시스템에서, 이러 한 GPS 대역의 주파수를 차단하기 위해서는 차단주파수를 통과대역 이하로 조정해야만 한다.

그러나, 도 1에 나타난 특허출원 제 2003-0101708호에 개시된 발명을 통해 차단주파수를 통과대역 이하로 조정하려면 전술한 슬롯의 길이(20)가 너무 길어지게 되는 문제가 있다. 만약 차단주파수를 통과대역 이하로 조정하기 위해서는 전술한 슬롯길이(20)는 5.5cm에 달하게 된다.

도 2는 다른 종래기술인 주파수 선택성을 갖는 초광대역 안테나를 나타내는 도면이다. 이는 미국공개공보(US2003/0090436A1)에 개시된 발명으로서, 주파수차단기능을 구현하기 위해 기판형 상사체에 쐐기 모양의 흠집(50)을 내어 주파수 차단기능을 구현하는 발명이다. 그러나 이러한 방법은 통과대역 이하의 주파수를 차단하는 경우에 루프의 길이(70)가 너무 길어지게 되는 문제가 있다. 만약 GPS 신호 노치(Notch)기능이 필요한 초광대역 안테나의 경우라면 루프의 길이(70)가 11cm에 달하게 되는 등의 문제가 생긴다.

따라서, 본 발명은 통과대역 이하 주파수 차단이 가능한 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나는 유전체 기판, 전술한 유전체 기판의 일측면에 부착된 방사부, 전술한 유전체 기판의 타측면에 부착된 접지부 및 전술한 방사부의 일단에 연결되는 주파수대역 저지 필터부를 포함한다. 바람직하게는, 전술한 주파수대역 저지 필터부는 신호원으로부터의 신호를 전송하는 신호선과 일단이 연결된 제1커패시터, 일단이 전술한 제 1커패시터의 타단과 연결되며, 타단은 접지된 공진기 및 일단이 전술한 제 1커패시터의 타단과 연결되며, 타단은 전술한 방사부에 연결된 제2커패시터를 포함한다.

또한, 전술한 제1커패시터는 분포소자이고, 전술한 제2커패시터는 집중소자인 것을 특징으로 한다. 또한,전술한 공진기는 인덕터와 전술한 인덕터에 직렬연결된 제3커패시터를 포함한다. 또한, 전술한 제3커패시터는 집중소자인 것을 특징으로 한다. 또한, 전술한 공진기는 약 1.4GHz의 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나를 나타낸 도면이다. 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나는 유전체 기판(100), 방사부(130), 접지부(160), 주파수대역 저지 필터부(190)를 포함한다. 여기서 방사부(130) 및 접지부(160)는 각각 단일의 판으로 이루어져 있으며, 유전체 기판과 각각 타측면에서 부착되어 있다. 한편 전술한 방사부(130)의 일단에는 전술한 주파수대역 저지 필터부(190)가 연결되어 있다. 여기서 유전체 기판은 FR-4등의 범용 PCB의 사용이 가능할 것이다.

도 4는 도 3의 주파수 대역저지 필터부의 구성을 나타낸 도면이다. 주파수 대역저지 필터부는 제1커패시터(210), 제2커패시터(230), 제3커패시터(250) 및 공 진기(250)를 포함한다. 여기서 공진기(250)는 제3커패시터(270)와 인덕터(290)의 직렬연결로 이루어지며 공진주파수는 약 1.4GHz로 한다. 아울러 제1커패시터(210)는 신호선(120)과 직렬로 연결되며, 공진기(250)는 일단이 제1커패시터(210)와 병렬연결됨과 동시에 타단은 접지되어 있다. 또한 제2커패시터의 일측은 제1커패시터와 직렬연결되며, 타측은 전술한 방사부(130)에 직렬연결되어 있다. 한편, 제1커패시터는 분포소자이고, 제2커패시터는 집중소자이며, 제3커패시터는 집중소자로 이루어진다.

도 5는 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 마이크로스트립 선로의 단면도이다. 도 5에서는 마이크로스트립 선로의 단면도를 나타내기 위해 도 3의 1-1'선을 기준으로한 횡단면을 도시한 것이다. 도 3에서의 마이크로스트립 선로의 단면은 접지부(160), 유전체기판(100), 신호전송부(140)를 포함한다.

이하에서는 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나에 대한 실시례를 통해 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 하기의 표 1은 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 구성의 재원 및 특성을 나타내는 표이다.

구성	재원	비고
방사부	20mm×20mm	Copper coating
접지부	9mm×34mm	Copper coating
마이크로스트립라인	2mm thickness
유전체 기판	1mm thick	FR-4 Epoxy(relative permittivity≒4.1~4.2

표 1에서와 같이 방사부는 20mm×20mm 크기에 구리박막으로 이루어지고, 접 지부는 9mm×34mm 크기에 구리박막으로 이루어진다. 그리고 마이크로스트립라인은 2mm의 두께로 이루어진다. 또한 유전체 기판은 1mm 의 두께에 FR-4 에폭시로서 상대 유전율 4.1내지 4.2로 이루어진다.

하기의 표 2는 본 발명 따른 주파수 대역저지 필터부의 구성의 재원 및 특성을 나타내는 표이다.

구성	재원	비고
제1커패시터	2.1mm×2.5mm	distributed
제2커패시터	1.2 pF	lumped/chip capacitor/0603 type
제3커패시터	3.0 pF	lumped/chip capacitor/0603 type
인덕터	6.5mm	distributed

표 1에서와 같이 제1커패시터는 분포소자로서 2.1mm×2.5mm의 재원을 갖으며, 제2커패시터와 제3커패시터는 모두 집중소자인 칩 커패시터로서 0603type이며 각각 1.2pF와 3.0pF의 축전용량을 갖는다. 인덕터는 분포소자로서 6.5mm의 길이를 갖는다. 이하에서는 전술한 물성치를 이용한 실험의 결과를 통해 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 기존의 기판형 UWB 안테나와 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 주파수에 따른 VSWR의 변화특성을 비교한 그래프이다. 도 6에서의 가로축은 주파수(GHz)를 나타내며, 세로축은 VSWR을 나타낸다.

한편, VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)는 고주파회로에서의 정합성을 나타내는 수치이다. 여기서 기판형 UWB 안테나는 3.1-10.6GHz대에서 VSWR이 2이하가 되도록 설계된 것이다. 도 6을 통해 이러한 기판형 UWB 안테나의 주파수에 따른 VSWR의 변화특성(400)을 살펴보면 3.1-10.6GHz대에서는 대부분 VSWR이 2이하의 값을 가지나, 7-8GHz대에서는 2를 초과하는 것을 알 수 있다.

아울러, 3.1GHz이하에서 VSWR이 6내지 8정도의 비교적 낮은 값을 갖는 것을 알 수 있다. 그러나, 이에 비해 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 VSWR 변화특성(450)를 살펴보면, 3.1-10.6GHz대에서는 예외없이 VSWR이 2이하의 값을 갖으며 특히, 3.1 GHz이하에서 VSWR이 급증하는 것을 알 수 있다. 이를 통해 GPS대역(L2대역:1227.6MHz, L1대역:1575.42MHz)이 존재하는 UWB 통과대역이하에서의 방사 억제 기능면에서 본 발명이 기존의 기판형 UWB 안테나에 비해 현저히 높음을 알 수 있다.

도 7은 기판형 UWB 안테나와 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 주파수에 따른 이득의 변화를 비교측정하기 위한 실험의 모식도이다. 주파수에 따른 이득의 변화를 비교측정하기 위해서 RF계측장비인 회로망분석기(NA)(560)를 이용하여 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나(500)와 기판형 UWB 안테나(530)의 방사패턴(Radation Pattern)을 측정한다. 이 때 회로망분석기(NA)(560)를 이용하여 방사패턴(Radation Pattern)을 측정함에 있어서 동일한 수신 안테나(590)을 사용하여 동일조건을 유지한다. 전술한 실험을 통해 이하의 도 8a와 도 8b에 나타난 그래프를 얻게 된다.

도 8a는 기판형 UWB 안테나와 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 UWB 통과대역 주파수에서의 방사량(이득/전달함수)의 특성을 비교한 그래프이다. 도 8a을 살펴보면, UWB 통과대역 주파수대(3.1-10.6GHz)(640)에서 는 기판형 UWB 안테나의 이득특성(600)과 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 이득특성(620)의 그래프가 유사함을 알 수 있다. 이하에서는 UWB 통과대역 이하의 주파수대에서의 이득특성을 비교해보기로 한다.

도 8b는 기판형 UWB 안테나와 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 UWB 통과대역 이하의 주파수에서의 방사량(이득/전달함수)의 특성을 비교한 그래프이다. 도 8b을 살펴보면, UWB 통과대역 이하의 주파수대(3.1GHz이하)에서의 기판형 UWB 안테나의 이득특성(660)과 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 이득특성(680)이 상이함을 알 수 있다. 특히 GPS 대역(L2대역:1227.6MHz, L1대역:1575.42MHz)에서의 이득이 기판형 UWB 안테나의 이득에 비해 각각 16dB(670), 21dB(690)만큼 감소한다는 것을 보여주고 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나의 GPS 대역(L2대역:1227.6MHz, L1 대역:1575.42MHz)이 존재하는 UWB 통과대역이하에서의 방사 억제 기능이 기판형 UWB 안테나에 비해 현저히 높음을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 구성에 의하면, 초광대역의 통과대역보다 낮은 주파수 제거가 가능하게 된다. 또한 이를 통해 통과대역보다 낮은 주파수제거의 상당부분이 안테나에서 이루어지게 되어, 필터를 설계함에 있어 별도의 노치(notch) 필터가 불필요하게 되어 필터의 설계요건이 완화되는 효과를 가져올 수 있게 된다. 아울러 UWB 안테나와 노치 필터를 연결하였을 때 나타나는 일반적인 현상인 UWB 안테나의 3.1-10.6GHz대의 초광대역 통과대역 성능저하현상을 가지지 않은 안테나 기술을 확 보할 수 있게 된다. 전술한 본 발명에 대한 상세한 설명은 초광대역안테나와 GPS신호의 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상의 적용이 이에 제한되는 의미로 해석되어져서는 아니 될 것이다.

Claims

유전체 기판;

상기 유전체 기판의 일측면에 부착된 방사부;

상기 유전체 기판의 타측면에 부착된 접지부; 및

상기 방사부의 일단에 연결되는 주파수대역 저지 필터부;를 포함하고,

상기 주파수대역 저지 필터부는,

신호원으로부터의 신호를 전송하는 신호선과 일단이 연결된 제1커패시터;

일단이 상기 제 1커패시터의 타단과 연결되며, 타단은 접지된 공진기; 및

일단이 상기 제 1커패시터의 타단과 연결되며, 타단은 상기 방사부에 연결된 제2커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 제1커패시터는 분포소자이고, 상기 제2커패시터는 집중소자인 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 공진기는 인덕터와 상기 인덕터에 직렬연결된 제3커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나.
제 4항에 있어서,

상기 제3커패시터는 집중소자인 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나.
제 1항에 있어서,

상기 공진기는 1.4GHz의 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 특정 주파수 대역 저지 기능을 가지는 안테나.