KR200336816Y1 - Microstrip patch intenna with H-slot - Google Patents
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Abstract
본 고안은 무선통신 시스템에 내장되는 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 접지면에 H-슬롯이 형성된 복사 구조를 이용하여 광대역의 전기적 특성을 가지면서 높은 이득과 지향성을 갖는 내장형 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip patch antenna embedded in a wireless communication system. More specifically, a high-gain embedded antenna having high gain and directivity while having electrical characteristics of a broadband using an H-slot formed on the ground plane. Relates to a strip patch antenna.
일반적으로, 마이크로스트립 패치 안테나는 소형화, 경량화가 가능하고 형상의 변경이 용이하여 중계용 또는 휴대용 등에 활용되며, 벽면에 부착하거나 마스트 등에 장착되어 사용된다. 그러나, 종래 기술에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 주파수 대역폭이 수 % 정도로 협대역이기 때문에 광대역 시스템에는 사용할 수 없을 뿐만 아니라, 작은 크기로 설계할 경우 이득 및 지향성이 저하되어 안테나의 성능이 떨어진다고 하는 문제점이 있다.In general, the microstrip patch antenna can be miniaturized and lightweight, and can be easily changed in shape to be used for relay or portable purposes, and is attached to a wall or mounted on a mast. However, the microstrip patch antenna according to the prior art cannot be used in a wideband system because the narrow bandwidth of the frequency bandwidth is about several%, and the problem that the performance of the antenna is degraded due to the loss of gain and directivity when designed in a small size have.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 마이크로스트립 기판의 접지면에 H 형태의 슬롯을 구현하여 작은 접지면적을 가지면서도 이득이 높고 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나를 제공한다. 또한, 본 고안에 따른 안테나를 중계기 등의 내부에 내장함으로써 대량 생산이 용이하고 제조원가를 절감하며, 균일한 특성을 얻을 수 있는 효과를 가진다.The present invention provides a microstrip patch antenna having a high gain and a wide bandwidth while implementing a H-shaped slot in the ground plane of the microstrip substrate to solve the above problems. In addition, by embedding the antenna according to the present invention inside the repeater, etc., mass production is easy, manufacturing cost is reduced, and uniform characteristics are obtained.
Description
본 고안은 무선통신 시스템에 내장되는 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 접지면에 H-슬롯이 형성된 복사 구조를 이용하여 광대역의 전기적 특성을 가지면서 높은 이득과 지향성을 갖는 내장형 마이크로스트립 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip patch antenna embedded in a wireless communication system. More specifically, a high-gain embedded antenna having high gain and directivity while having electrical characteristics of a broadband using an H-slot formed on the ground plane. Relates to a strip patch antenna.
종래의 프린트 기판을 이용한 마이크로스트립 패치 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이 유전체 기판(102)상에 에칭기법을 적용하여 반파장 크기의 패치(101)를 구성하고 상기 패치에 의해 전파가 복사되는 평면구조의 안테나로서, 그 형상이 평면형이므로 건물이나 주차장, 지하공간 등과 같은 소규모 음영지역에 설치가 용이하다.In the conventional microstrip patch antenna using a printed board, as shown in FIG. 1, a half-wavelength patch 101 is formed by applying an etching technique on the dielectric substrate 102, and the radio wave is radiated by the patch. As the antenna of the structure, since its shape is flat, it is easy to install in a small shadow area such as a building, a parking lot, an underground space, or the like.
그러나, 종래 기술에 따른 마이크로스트립 패치 안테나는 주파수 대역폭이 수 % 정도로 협대역이기 때문에 광대역 시스템에는 사용할 수 없을 뿐만 아니라, 작은 크기로 설계할 경우 이득 및 지향성이 저하되어 안테나의 성능이 떨어진다고 하는 문제점이 있다.However, the microstrip patch antenna according to the prior art cannot be used in a wideband system because the narrow bandwidth of the frequency bandwidth is about several%, and the problem that the performance of the antenna is degraded due to the loss of gain and directivity when designed in a small size have.
따라서, 본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로스트립 기판의 접지면에 H 형태의 슬롯을 구현하여 작은 접지면적을 가지면서도 이득이 높고 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나를 제공한다. 또한, 본 고안에 따른 안테나를 중계기 등의 내부에 내장함으로써 대량 생산이 용이하고 제조원가를 절감하며, 균일한 특성을 얻을 수 있는 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and provides a microstrip patch antenna having high gain and wideband characteristics by implementing an H-shaped slot in the ground plane of the microstrip substrate. In addition, it is an object of the present invention to provide an antenna that can be easily mass-produced, reduce manufacturing costs, and obtain uniform characteristics by embedding the antenna according to the present invention inside a repeater.
도 1은 종래의 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나의 구조를 나타내는 사시도.1 is a perspective view showing the structure of a conventional general microstrip patch antenna.
도 2a는 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 1 실시예를 나타내는 사시도.Figure 2a is a perspective view showing a first embodiment of a microstrip patch antenna with an H-slot in accordance with the present invention.
도 2b는 도 2a의 측면도.2B is a side view of FIG. 2A;
도 2c는 도 2a의 평면도.FIG. 2C is a plan view of FIG. 2A.
도 3은 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 2 실시예를 나타내는 평면도.3 is a plan view showing a second embodiment of a microstrip patch antenna having an H-slot according to the present invention;
도 4a는 종래의 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나의 전압정재파비를 나타내는 도면.4A is a diagram illustrating a voltage standing wave ratio of a conventional general microstrip patch antenna.
도 4b는 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 1 실시예의 전압정재파비를 나타내는 도면.4B is a view showing a voltage standing wave ratio of the first embodiment of the microstrip patch antenna having the H-slot according to the present invention.
도 5는 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 2 실시예의 전압정재파비를 나타내는 도면.5 is a view showing the voltage standing wave ratio of the second embodiment of the microstrip patch antenna having the H-slot according to the present invention.
도 6은 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 사용상태를 나타내는 도면.6 is a view showing a state of use of the microstrip patch antenna having an H-slot according to the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
101. 패치 102. 유전체 기판101. Patch 102. Dielectric Substrate
201. 서브 반사기판 202. 접지면201.Sub Reflector 202. Ground Plane
203. H-슬롯 204. 마이크로스트립 기판203. H-slot 204. Microstrip substrate
205. 급전부 206, 301. 스터브205. Feeding section 206, 301. Stubs
207. 유전체 봉 208. 복사기판207. Dielectric Rods 208. Copy Board
209. 콘넥터 210. 체결 나사209. Connector 210. Tightening screw
211. 간격 유지 링 400. 중계기211. Spacing ring 400. Repeater
401. 하우징401.Housing
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 무선통신 시스템에 사용되는 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나에 있어서, 자기전류에 의하여 발생된 전자파를 자유공간으로 복사하기 위한 복사기판(208);과, 상기 복사기판의 상부에 전류를 인가하기 위해 상기 복사기판의 하부에 구비되는 급전부(205);와, 상기 복사기판과 급전부가 소정 간격을 유지하도록 복사기판을 지지하기 위한 다수의 유전체 봉(207);과 상기 급전부(205)의 소정 위치에 형성되되, 그 공진 주파수와 대역폭을 조절하기 위한 스터브(206);와, 상기 급전부의 하부에 구비되어 전자계를 등가 자기전류로 유발하기 위해 H-슬롯(203)을 갖는 접지면(202);과, 상기 접지면의 하부에 구비되어 상기 H-슬롯으로부터 유기된 자기전류에서 발생되는 전자파가 후방으로 복사되지 않도록 차단하기 위한 서브 반사기판(201);과, 상기 서브 반사기판이 접지면과 소정 간격을 유지하도록 지지해 주는 간격 유지 링(211); 및 상기 급전부와 외부장치를 연결하기 위한 콘넥터(209);를 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, the present invention provides a microstrip patch antenna having an H-slot for use in a wireless communication system, comprising: a radiation substrate 208 for radiating electromagnetic waves generated by magnetic current into free space; and A feeding part 205 provided below the copying board to apply a current to an upper portion of the copying board; and a plurality of dielectric rods for supporting the copying board such that the copying board and the feeding section maintain a predetermined interval ( 207; and a stub 206 formed at a predetermined position of the power supply unit 205, for adjusting the resonance frequency and bandwidth thereof, and provided below the power supply unit to induce an electromagnetic field as an equivalent magnetic current. A ground plane 202 having an H-slot 203; and a shield provided at a lower portion of the ground plane to prevent electromagnetic waves generated from magnetic currents induced from the H-slot from being radiated backwards. A sub-reflecting substrate 201; and, the sub-reflecting cavity-holding substrate that is supported so as to maintain the ground plane with a predetermined spacing ring (211); And a connector 209 for connecting the power supply unit and an external device.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 부재는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or corresponding members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
도 2a는 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 1 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 2b와 도 2c는 각각 상기 도 2a의 측면도와 평면도이다. 상기 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나는, 자기전류에 의하여 발생된 전자파를 자유공간으로 복사하기 위한 복사기판(208)과, 상기 복사기판의 상부에 전류를 인가하기 위한 급전부(205)와, 상기 급전부의 하부에 구비되어 전자계를 등가 자기전류로 유발하기 위해 H-슬롯(203)을 갖는 접지면(202)과, 상기 접지면의 하부에 구비되어 상기 H-슬롯으로부터 유기된 자기전류에서 발생되는 전자파가 후방으로 복사되지 않도록 차단하기 위한 서브 반사기판(201)으로 구성되며, 상기 접지면과 서브 반사기판은 소정 간격이 유지되고 그 사이에 공기층이 형성되어 있다.2A is a perspective view showing a first embodiment of a microstrip patch antenna having an H-slot according to the present invention, and FIGS. 2B and 2C are side and plan views, respectively, of FIG. 2A. As shown in FIGS. 2A to 2C, the microstrip patch antenna having the H-slot according to the present invention includes a radiation substrate 208 for radiating electromagnetic waves generated by magnetic current into free space, and the radiation substrate. A feeder 205 for applying a current to the top of the ground, a ground plane 202 having an H-slot 203 provided below the feeder to induce an electromagnetic field as an equivalent magnetic current, and the ground plane The sub reflector 201 is provided at a lower portion of the sub-reflective substrate 201 to block electromagnetic waves generated from the magnetic current induced from the H-slot from being radiated backward. An air layer is formed in between.
이때, 상기 급전부(205)와 접지면(202)은 유전체 마이크로스트립 기판(204)의 양면에 형성되는데, 상기 복사기판(208)과 인접하는 마이크로스트립 기판(204)의 상부에는 급전부(205)가 형성되고 그 하부에는 접지면(202)이 각각 형성된다.In this case, the feeder 205 and the ground plane 202 are formed on both sides of the dielectric microstrip substrate 204, and the feeder 205 is disposed on the microstrip substrate 204 adjacent to the radiation substrate 208. ) Is formed and ground planes 202 are formed at the bottom thereof.
또한, 상기 마이크로스트립 기판(204)을 중심으로 그 상측에는 상기 복사기판(208)이 상기 마이크로스트립 기판과 소정 간격을 유지하면서 유전체 봉(207)에 의해 지지되며, 상기 마이크로스트립 기판(204)의 상측에는 상기 서브 반사기판(201)이 간격 유지 링(11)에 의해 동일한 방법으로 지지된다.In addition, the radiating substrate 208 is supported by the dielectric rod 207 while maintaining a predetermined distance from the microstrip substrate on the upper side of the microstrip substrate 204. On the upper side, the sub reflector substrate 201 is supported by the spacing ring 11 in the same way.
상기 복사기판(208)은 상기 콘넥터(209)를 통하여 상기 급전부(205)에 의해 공급된 신호를 받아 상기 서브 반사기판(201)에 의해 반사된 신호를 합성하여 자유공간으로 내보낸다. 이와함께, 도 2c에서와 같이 상기 급전부(205)의 소정 위치에 스터브(206)가 구비되어 상기 H-슬롯(203)과의 조합에 의해 본 고안에 따른 안테나의 공진 주파수와 대역폭을 변화시킬 수 있게 된다.The copy substrate 208 receives the signal supplied by the power supply unit 205 through the connector 209, synthesizes the signal reflected by the sub-reflective substrate 201 and sends it out to the free space. In addition, a stub 206 is provided at a predetermined position of the power supply unit 205 as shown in FIG. 2C to change the resonance frequency and bandwidth of the antenna according to the present invention by combining with the H-slot 203. It becomes possible.
상기 스터브(206)는 급전부(205)에 캐패시터를 병렬 연결한 것과 같은 효과를 갖기 때문에 다른 구성요소들에 의해 발생되는 미세한 변화에 대하여 상기 스터브를 가변함으로써 원하는 입력 임피던스를 얻을 수 있다.Since the stub 206 has the same effect as connecting the capacitors to the power supply unit 205 in parallel, the desired input impedance can be obtained by varying the stub with respect to minute changes caused by other components.
도 3은 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 2 실시예를 나타내는 평면도로서, 안테나의 다른 구성요소들을 변화시키지 않고 상기 스터브의 형상만을 벼놔시켜 주파수대가 인접한 다른 시스템에 사용할 수 있도록 한 것이다. 따라서, 상기 도 2c와 도 3으로부터 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나는 상기 급전부(205)에 병렬 캐패시터로 작용하는 스터브(206, 301)의 형태 및 위치를 변형함으로써 사용 주파수의 변경이 용이한 것을 알 수 있다.3 is a plan view showing a second embodiment of a microstrip patch antenna having an H-slot according to the present invention, which can be used in other systems having adjacent frequency bands by changing only the shape of the stub without changing other components of the antenna. It would be. Accordingly, the microstrip patch antenna having the H-slot according to the present invention from FIGS. 2C and 3 has a frequency of use by modifying the shape and position of the stubs 206 and 301 acting as parallel capacitors in the feed section 205. It can be seen that the change of is easy.
도 4a는 종래의 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나의 전압정재파비를 나타내는 도면이고, 도 4b는 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 1 실시예의 전압정재파비를 나타내는 도면이다.Figure 4a is a view showing the voltage standing wave ratio of a conventional general microstrip patch antenna, Figure 4b is a view showing the voltage standing wave ratio of the first embodiment of a microstrip patch antenna having an H-slot according to the present invention.
상기 도 4a에서 종래의 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나는 1.85∼1.99GHz 대역에서 전압정재파비(VSWR;Voltage Standing Wave Ratio)가 1.5 이하인 반면, 상기 도 4b에서 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 1 실시예는 동일한 주파수 대역에서 전압정재파비가 1.3 이하로서 성능이 개선되었음을 확인할 수 있다.In FIG. 4A, the conventional microstrip patch antenna has a voltage standing wave ratio (VSWR) of 1.5 or less in the 1.85 to 1.99 GHz band, whereas the microstrip patch having the H-slot according to the present invention is illustrated in FIG. 4B. The first embodiment of the antenna can confirm that the performance of the voltage standing wave ratio is 1.3 or less in the same frequency band.
도 5는 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 제 2 실시예의 전압정재파비를 나타내는 도면으로서, 상기 제 1 실시예로부터 스터브를 변화시켜 사용 주파수를 1.72∼1.88GHz로 한 것이다. 상기 도 5에서 본 고안의 제 2 실시예도 전압정재파비가 1.35 이하로서 종래의 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나에 비해 성능이 개선되었을 뿐만 아니라 상기 스터브를 변화시키는 것만으로 사용 주파수를 용이하게 변경할 수 있게 된다.Fig. 5 is a diagram showing the voltage standing wave ratio of the second embodiment of the microstrip patch antenna having the H-slot according to the present invention, wherein the stub is changed from the first embodiment to 1.72 to 1.88 GHz. In FIG. 5, the second embodiment of the present invention also has a voltage standing wave ratio of 1.35 or less, which not only improves performance compared to a conventional microstrip patch antenna, but also easily changes the use frequency by changing the stub.
도 6은 본 고안에 따른 H-슬롯을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나의 사용상태를 나타내는 도면이다. 상기 도 6에서는 본 고안에 따른 안테나가 소규모 음영지에 설치되는 중계기(400)에 내장된 상태로서, 상기 중계기의 하우징(401) 내부 일측에 본 고안에 따른 안테나가 내장됨으로써 공간적 제약을 해소하며 제조원가를 절감할 수 있게 된다.6 is a view showing a state of use of a microstrip patch antenna having an H-slot according to the present invention. 6 is a state in which the antenna according to the present invention is built in the repeater 400 installed in a small shaded paper, and the antenna according to the present invention is built in one side of the housing 401 of the repeater, thereby eliminating spatial constraints and reducing manufacturing costs. You can save.
이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환과 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 마이크로스트립 기판의 접지면에 H 형태의 슬롯을 구현하여 작은 접지면적을 가지면서도 이득이 높고 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나를 제공한다. 또한, 본 고안에 따른 안테나를 중계기 등의 내부에 내장함으로써 대량 생산이 용이하고 제조원가를 절감하며, 균일한 특성을 얻을 수 있는 효과를 가진다.The present invention provides a microstrip patch antenna having a high gain and a wide bandwidth while implementing a H-shaped slot in the ground plane of the microstrip substrate to solve the above problems. In addition, by embedding the antenna according to the present invention inside the repeater, etc., mass production is easy, manufacturing cost is reduced, and uniform characteristics are obtained.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100981671B1 (en) * | 2008-08-13 | 2010-09-10 | 충남대학교산학협력단 | Microcontrolled Circularly Polarized Microstrip Antenna Using Plate Loading |
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2003
- 2003-09-17 KR KR20-2003-0029518U patent/KR200336816Y1/en not_active Expired - Fee Related
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| KR100981671B1 (en) * | 2008-08-13 | 2010-09-10 | 충남대학교산학협력단 | Microcontrolled Circularly Polarized Microstrip Antenna Using Plate Loading |
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