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KR101974689B1 - Dipole espar antenna - Google Patents

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KR101974689B1
KR101974689B1 KR1020150138789A KR20150138789A KR101974689B1 KR 101974689 B1 KR101974689 B1 KR 101974689B1 KR 1020150138789 A KR1020150138789 A KR 1020150138789A KR 20150138789 A KR20150138789 A KR 20150138789A KR 101974689 B1 KR101974689 B1 KR 101974689B1
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KR
South Korea
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pattern
dipole
negative
positive
espar antenna
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KR1020150138789A
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Korean (ko)
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최학근
최세아
오정훈
Original Assignee
단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
한국전자통신연구원
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Publication date
Application filed by 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단, 한국전자통신연구원 filed Critical 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines

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  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은, 포지티브 영역(positive region) 및 상기 포지티브 영역과 이격된 네거티브 영역(negative region)으로 구분된 원통형 다이폴 구조로 이루어진 능동 소자(active element) 및 상기 능동 소자의 적어도 일 측에 배치되며, 포지티브 패턴(positive pattern) 및 상기 포지티브 패턴과 이격되며, 상기 네거티브 영역과 전기적으로 연결된 네거티브 패턴(negative pattern)으로 구분된 평판형 다이폴 구조로 이루어진 기생 소자(parasitic element)를 포함하는 다이폴 ESPAR 안테나를 제공한다.The present invention relates to an active device comprising an active element composed of a cylindrical dipole structure divided into a positive region and a negative region spaced apart from the positive region and an active element disposed on at least one side of the active element, There is provided a dipole ESPAR antenna including a positive pattern and a parasitic element spaced apart from the positive pattern and formed of a planar dipole structure divided into a negative pattern electrically connected to the negative region .

Description

다이폴 ESPAR 안테나{DIPOLE ESPAR ANTENNA}A dipole ESPAR antenna {DIPOLE ESPAR ANTENNA}

본 발명은 다이폴 ESPAR 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나 구조 및 제어회로를 간소화하고, 안테나의 정재파비(VSWR) 특성이 향상된 다이폴 ESPAR 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a dipole ESPAR antenna, and more particularly, to a dipole ESPAR antenna with simplified antenna structure and control circuitry and improved VSWR characteristics of the antenna.

최근 초고속 통신의 흐름에 따라 급속히 증가하는 데이터 트래픽을 해결하는 통신 서비스를 위해 스마트 안테나의 많은 연구가 진행 중에 있다.Recently, a lot of smart antennas are being studied for communication services that solve rapidly increasing data traffic according to the flow of high speed communication.

일반적으로 스마트 안테나인 배열안테나, 디지털 빔 포밍(Digital Beamforming) 안테나의 경우 배열소자마다 Frequency Down Converter, low-noise amplifier, A/D converter, D/A converter 등이 필요하기 때문에 전력 소모가 크며, 가격 또한 비싸다.In general, a smart antenna array antenna and a digital beamforming antenna require a frequency down converter, a low-noise amplifier, an A / D converter, and a D / A converter for each array element, It is also expensive.

ESPAR(Electronically Steerable Parasitic Array Radiator, 이하 'ESPAR'로 칭함) 안테나는 단일 RF 체인과 여러 개의 기생 소자(Parasitic element)를 갖는 안테나이다. An ESPAR (Electronically Steerable Parasitic Array Radiator) is an antenna with a single RF chain and several parasitic elements.

단일 RF 체인인 ESPAR 안테나를 사용할 경우, 다수 RF 체인을 사용하는 안테나 또는 배열 안테나보다 복잡도와 전력소모를 줄일 수 있다.Using an ESPAR antenna, a single RF chain, can reduce complexity and power consumption over antennas or array antennas that use multiple RF chains.

ESPAR 안테나에 포함되는 기생 소자들은 리액턴스(reatance) 부하가 연결되어 있으며, ESPAR 안테나의 패턴은 기생 소자들 각각에 연결된 리액턴스 값에 의해 조절된다.The parasitic elements included in the ESPAR antenna are connected to a reatance load, and the pattern of the ESPAR antenna is controlled by the reactance value connected to each of the parasitic elements.

최근 들어, 빔 조향을 위해 ESPAR 안테나에 포함되는 기생 소자들 각각에 연결된 리액턴스 부하의 리액턴스를 가변시키고, 그에 따른 안테나 구조 및 제어회로를 구현하기 위한 연구가 진행 중에 있다.In recent years, studies are underway to change the reactance load reactance connected to each of the parasitic elements included in the ESPAR antenna for beam steering, and to realize the antenna structure and the control circuit accordingly.

본 발명의 목적은, 안테나 구조 및 제어회로를 간소화하고, 안테나의 정재파비(VSWR) 특성이 향상된 다이폴 ESPAR 안테나를 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a dipole ESPAR antenna with simplified antenna structure and control circuit and improved VSWR characteristics of the antenna.

본 발명에 따른 다이폴 ESPAR 안테나는, 포지티브 영역(positive region) 및 상기 포지티브 영역과 이격된 네거티브 영역(negative region)으로 구분된 원통형 다이폴 구조로 이루어진 능동 소자(active element) 및 상기 능동 소자의 적어도 일 측에 배치되며, 포지티브 패턴(positive pattern) 및 상기 포지티브 패턴과 이격되며, 상기 네거티브 영역과 전기적으로 연결된 네거티브 패턴(negative pattern)으로 구분된 평판형 다이폴 구조로 이루어진 기생 소자(parasitic element)를 포함할 수 있다.The dipole ESPAR antenna according to the present invention includes an active element made of a cylindrical dipole structure divided into a positive region and a negative region spaced apart from the positive region, And may include a positive pattern and a parasitic element spaced apart from the positive pattern and formed of a planar dipole structure divided into a negative pattern electrically connected to the negative region have.

또한, 다이폴 ESPAR 안테나는, 상기 기생 소자의 리액턴스(reatance)가 가변되게, 상기 포지티브 패턴 및 상기 네거티브 패턴에 솔더링(soldering)되는 가변 소자(variable element)를 더 포함할 수 있다.The dipole ESPAR antenna may further include a variable element that is soldered to the positive pattern and the negative pattern so that the reactance of the parasitic element is variable.

여기서, 상기 가변 소자는, 바랙터 다이오드(Varactor diode)일 수 있다.Here, the variable element may be a varactor diode.

여기서, 상기 기생 소자는, 소정의 비유전율을 갖는 기판(substrate) 상에 동박(copper)으로 상기 포지티브 패턴 및 상기 네거티브 패턴이 형성될 수 있다.Here, the parasitic element may be formed of copper on the substrate having a predetermined relative dielectric constant, and the positive pattern and the negative pattern may be formed.

상기 기판은, 상기 비유전율이 4.1 내지 4.4를 갖는 FR-4 재질일 수 있다.The substrate may be an FR-4 material having the relative dielectric constant of 4.1 to 4.4.

여기서, 상기 포지티브 패턴 및 상기 네거티브 패턴의 두께는, 0.031 mm 내지 0.37 mm이며, 상기 포지티브 패턴 및 상기 네거티브 패턴의 폭은, 7 mm 내지 10 mm일 수 있다.Here, the thicknesses of the positive pattern and the negative pattern may be 0.031 mm to 0.37 mm, and the widths of the positive pattern and the negative pattern may be 7 mm to 10 mm.

또한, 다이폴 ESPAR 안테나는, 상기 능동 소자로 포지티브 전압(positive voltage) 및 네거티브 전압(negative voltage)을 인가하는 동축케이블(coxial cable)을 더 포함하고, 상기 네거티브 영역은, 상기 동축케이블이 삽입 접촉되어 상기 네거티브 전압이 인가되며, 상기 포지티브 영역은, 상기 네거티브 영역에 삽입된 상기 동축케이블이 접촉되어 상기 포지티브 전압이 인가될 수 있다.The dipole ESPAR antenna may further include a coaxial cable for applying a positive voltage and a negative voltage to the active element, The negative voltage is applied, and the positive region can be contacted with the coaxial cable inserted in the negative region to apply the positive voltage.

또한, 상기 능동 소자는, 상기 기생 소자와 7.3mm 내지 7.8mm로 이격될 수 있다.In addition, the active element may be spaced apart from the parasitic element by 7.3 mm to 7.8 mm.

또한, 다이폴 ESPAR 안테나는, 상기 네거티브 영역과 상기 네거티브 패턴을 서로 연결하는 연결 패턴이 형성된 배면 기판을 더 포함할 수 있다.The dipole ESPAR antenna may further include a rear substrate on which a connection pattern connecting the negative region and the negative pattern is formed.

여기서, 상기 연결 패턴은, Quarter-wave meander strip line 일 수 있다.Here, the connection pattern may be a quarter-wave meander strip line.

본 발명에 따른 다이폴 ESPAR 안테나는, 능동 소자의 네거티브 영역과 기생소자의 네거티브 패턴이 서로 연결되어 공통 그라운드로 작용함으로써, 기생 소자의 포지티브 패턴과 네거티브 패턴에 솔더링된 가변 소자로 인가되는 전압을 조절하도록 할 수 있음으로써, 안테나의 구조 복잡도를 감소시킬 수 있으며, 능동 소자의 네거티브 영역과 기생 소자의 네거티브 패턴을 연결하는 연결 패턴을 스트립 라인으로 형성함으로써, 정재파비 특성이 향상되는 이점이 있다.The dipole ESPAR antenna according to the present invention is configured such that the negative region of the active element and the negative pattern of the parasitic element are connected to each other and serve as a common ground so that the voltage applied to the positive pattern of the parasitic element and the variable element soldered to the negative pattern The structure complexity of the antenna can be reduced and a connection pattern connecting the negative region of the active element and the negative pattern of the parasitic element is formed into a strip line.

도 1은 본 발명에 따른 다이폴 ESPAR 안테나를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 다이폴 ESPAR 안테나를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 다이폴 ESPAR 안테나의 상면을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 다이폴 ESPAR 안테나의 하면을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다이폴 ESPAR 안테나에 대한 정재파비(VSWR)의 특성을 나타낸 도이다.
도 6은 도 5에 다이폴 ESPAR 안테나에 대한 복사패턴을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 다이폴 ESPAR 안테나에서 기생소자의 리액턴스 가변시 복사패턴을 나타낸 도이다.
1 is a perspective view of a dipole ESPAR antenna according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of the dipole ESPAR antenna shown in Fig.
3 is a plan view showing a top surface of the dipole ESPAR antenna shown in Fig.
4 is a plan view showing a bottom surface of the dipole ESPAR antenna shown in Fig.
FIG. 5 is a diagram illustrating a characteristic of a VSWR of a dipole ESPAR antenna according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a radiation pattern for a dipole ESPAR antenna in FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating a radiation pattern when a reactance of a parasitic element is varied in a dipole ESPAR antenna according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

도 1은 본 발명에 따른 다이폴 ESPAR 안테나를 나타낸 사시도, 도 2는 도 1에 나타낸 다이폴 ESPAR 안테나를 나타낸 단면도, 도 3은 도 1에 나타낸 다이폴 ESPAR 안테나의 상면을 나타낸 평면도 및 도 4는 도 1에 나타낸 다이폴 ESPAR 안테나의 하면을 나타낸 평면도이다.FIG. 1 is a perspective view of a dipole ESPAR antenna according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a dipole ESPAR antenna shown in FIG. 1, FIG. 3 is a top view of an upper surface of a dipole ESPAR antenna shown in FIG. 1 is a plan view showing a bottom surface of the dipole ESPAR antenna shown.

도 1 및 도 4를 참조하면, 다이폴 ESPAR 안테나(100)는 능동 소자(Active element, 110) 및 기생 소자(Parasitic element, 120)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 4, the dipole ESPAR antenna 100 may include an active element 110 and a parasitic element 120.

먼저, 다이폴 ESPAR 안테나(100)는 4개의 측면부, 상면부 및 하면부로 이루어져 능동 소자(110)가 삽입 배치되는 케이스(case)를 형성하는 것으로 설명하지만, 케이스의 형태, 구조 등에 대하여 한정을 두지 않는다.First, the dipole ESPAR antenna 100 is described as being formed of four side portions, an upper surface portion, and a lower surface portion to form a case into which the active element 110 is inserted. However, the form, structure, etc. of the case are not limited .

능동 소자(110)는 포지티브 영역(Positive region, 112) 및 포지티브 영역(112)와 이격된 네거티브 영역(Negative region, 114)로 이루어진 원통형 다이폴 안테나일 수 있다.The active element 110 may be a cylindrical dipole antenna consisting of a positive region 112 and a negative region 114 spaced apart from the positive region 112.

이때, 능동 소자(110)의 포지티브 영역(112)은 네거티브 영역(114)에 삽입된 커넥터(116)의 내부 도체(116a)에 전기적으로 연결될 수 있다.At this time, the positive region 112 of the active element 110 may be electrically connected to the internal conductor 116a of the connector 116 inserted in the negative region 114.

여기서, 커넥터(116)는 내부 도체(116a), 절연체(116b) 및 외부 도체(116c)를 포함할 수 있으며, RF 체인과 연결되는 동축 케이블과 결합되어, 포지티브 영역(112) 및 네거티브 영역(114)으로 전원을 인가할 수 있다.Here, the connector 116 may include an inner conductor 116a, an insulator 116b, and an outer conductor 116c, and may be coupled to a coaxial cable that is connected to the RF chain to form a positive region 112 and a negative region 114 The power can be applied.

능동 소자(110)의 네거티브 영역(114)은 커넥터(116)의 외부 도체(116c)와 전기적으로 연결될 수 있다.The negative region 114 of the active element 110 may be electrically connected to the external conductor 116c of the connector 116. [

즉, 네거티브 영역(114)은 커넥터(116)가 삽입되는 홀(미도시)이 형성될 수 있다.That is, the negative region 114 may be formed with a hole (not shown) into which the connector 116 is inserted.

여기서, 포지티브 영역(112) 및 네거티브 영역(114)의 반지름(R)은 4 mm 내지 6 mm 일 수 있으며, 서로 동일한 반지름(R)을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.Here, the radius R of the positive region 112 and the negative region 114 may be 4 mm to 6 mm, and they may have the same radius R, but are not limited thereto.

실시 예에서, 커넥터(116)는 네거티브 영역(114)에 삽입 결합되는 것으로 나타내었으나, 상기 동축 케이블이 네거티브 영역(114)에 삽입 결합될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.Although the connector 116 is shown as being inserted and coupled into the negative region 114 in the embodiment, the coaxial cable may be inserted into and coupled to the negative region 114, but is not limited thereto.

기생 소자(120)는 상술한 바와 같이 케이스를 형성하는 4개의 측면부를 형성할 수 있으며, 실시 예에서 기생 소자(120)는 4개의 측면부 각각에 하나씩 형성되는 것으로 설명한다.The parasitic element 120 may be formed with four side portions forming the case as described above. In this embodiment, the parasitic elements 120 are described as being formed on each of the four side portions.

즉, 기생 소자(120)는 측면 기판(122), 포지티브 패턴(positive pattern, 124) 및 네거티브 패턴(negative pattern, 126)을 포함할 수 있다. That is, the parasitic element 120 may include a side substrate 122, a positive pattern 124, and a negative pattern 126.

기생 소자(120)는 포지티브 패턴(124) 및 네거티브 패턴(126)으로 구분된 평판형 다이폴 구조로 이루어질 수 있으며, 능동 소자(110)와 다른 다이폴 구조로 이루어진다.The parasitic element 120 may have a planar dipole structure divided into a positive pattern 124 and a negative pattern 126 and may have a dipole structure different from that of the active element 110.

여기서, 측면 기판(122)은 소정의 비유전율을 갖는 FR-4 재질이며, 상기 비유전율은 4.1 내지 4.4일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.Here, the side substrate 122 is an FR-4 material having a predetermined relative dielectric constant, and the relative dielectric constant may be 4.1 to 4.4, but is not limited thereto.

포지티브 패턴(124) 및 네거티브 패턴(126)은 측면 기판(122) 상에 동박(copper)을 배치하여 형성할 수 있다.The positive pattern 124 and the negative pattern 126 can be formed by disposing copper on the side substrate 122.

즉, 포지티브 패턴(124) 및 네거티브 패턴(126)의 두께(D)는 0.031 mm 내지 0.37 mm 일 수 있으며, 포지티브 패턴(124) 및 네거티브 패턴(126)의 폭(W)은 7 mm 내지 10 mm 일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.That is, the thickness D of the positive pattern 124 and the negative pattern 126 may be 0.031 mm to 0.37 mm, and the width W of the positive pattern 124 and the negative pattern 126 may be 7 mm to 10 mm But is not limited thereto.

여기서, 능동 소자(110)의 중심을 기준으로, 능동 소자(110)는 기생 소자(120)와 소정 거리(B)로 이격될 수 있다.Here, the active element 110 may be spaced apart from the parasitic element 120 by a predetermined distance B with respect to the center of the active element 110.

즉, 소정 거리(B)는 7.3 mm 내지 7.8 mm일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.That is, the predetermined distance B may be 7.3 mm to 7.8 mm, but is not limited thereto.

본 발명의 다이폴 ESPAR 안테나(100)는 기생 소자(120)의 리액턴스를 가변시키기 위하여, 포지티브 패턴(124) 및 네거티브 패턴(126)에 솔더링(soldering)되는 가변 소자(variable element, 140)를 포함할 수 있다.The dipole ESPAR antenna 100 of the present invention includes a variable element 140 soldered to the positive pattern 124 and the negative pattern 126 to vary the reactance of the parasitic element 120 .

실시 예에서, 가변 소자(140)는 포지티브 패턴(124) 및 네거티브 패턴(126)에 솔더링되는 것으로 설명하지만, 이외에 다른 방법에 의하여 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.In the embodiment, the variable element 140 is described as soldered to the positive pattern 124 and the negative pattern 126, but may be electrically connected by other methods, but is not limited thereto.

가변 소자(140)는 입력된 전압에 의해 저항값이 가변되어 기생 소자(120)의 리액턴스를 가변시킬 수 있다.The variable element 140 can vary the reactance of the parasitic element 120 by varying the resistance value by the input voltage.

즉, 기생 소자(140)는 가변 소자(140)에 의해 리액턱스가 가변됨으로써, 발산되는 빔의 진행방향을 제어할 수 있다.In other words, the parasitic element 140 can control the advancing direction of the beam to be diverged by varying the liquid crystal by the variable element 140.

도 3에 나타낸 다이폴 ESPAR 안테나(100)의 상면, 즉 상면 기판(132)은 능동 소자(110)의 포지티브 영역(112)의 상부가 오픈되게 개구부(s1)가 형성되며, 기생 소자(120)의 측면 기판(122)과 동일한 FR-4 재질일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.The upper surface of the dipole ESPAR antenna 100 shown in FIG. 3, that is, the upper surface substrate 132, has an opening s1 to open the upper portion of the positive region 112 of the active element 110, But may be of the same FR-4 material as the side substrate 122, but is not limited thereto.

또한, 도 4에 나타낸 다이폴 ESPAR 안테나(100)의 배면, 즉 배면 기판(134)은 측면 기판(122)과 동일한 FR-4 재질인 기판(134a) 및 기판(134a) 상에 패터닝되며, 능동 소자(110)의 네거티브 영역(114)과 기생 소자(120)의 네거티브 패턴(126)을 전기적으로 연결하는 연결패턴(134b)을 포함할 수 있다.The back surface of the dipole ESPAR antenna 100 shown in Fig. 4, that is, the rear substrate 134 is patterned on the substrate 134a and the substrate 134a, which are the same FR-4 material as the side substrate 122, And a connection pattern 134b for electrically connecting the negative region 114 of the parasitic element 110 and the negative pattern 126 of the parasitic element 120. [

여기서, 연결패턴(134b)은 Quarter-wave meander strip line 이며, 능동 소자(110)의 네거티브 영역(114)과 기생 소자(120)의 네거티브 패턴(126)을 전기적으로 연결하여, 공통 그라운드로 사용할 수 있도록 한다.The connection pattern 134b is a quarter-wave meander strip line and electrically connects the negative region 114 of the active element 110 and the negative pattern 126 of the parasitic element 120, .

상술한 바와 같이, 가변 소자(140)는 포지티브 패턴(124) 및 네거티브 패턴(126)에 전기적으로 연결되며, 가변 소자(140)로 인가되는 전압, 즉 상술한 동축 케이블에서 공급되는 전압이 포지티브 패턴(124) 및 네거티브 영역(114)으로 공급되도록 함으로써, 가변 소자(140) 및 네거티브 패턴(126)으로 각각 공급되는 전압을 연결패턴(134b)을 통하여 인가되도록 함으로써, 결과적으로 전압 바이어스 선로의 개수를 줄일 수 있다.As described above, the variable element 140 is electrically connected to the positive pattern 124 and the negative pattern 126, and the voltage applied to the variable element 140, that is, the voltage supplied from the above- The voltage supplied to each of the variable element 140 and the negative pattern 126 is applied through the connection pattern 134b so that the number of the voltage bias lines is set to be Can be reduced.

도 5는 본 발명에 따른 다이폴 ESPAR 안테나에 대한 정재파비(VSWR)의 특성을 나타낸 도, 도 6은 도 5에 다이폴 ESPAR 안테나에 대한 복사패턴을 나타낸 도 및 도 7은 본 발명에 따른 다이폴 ESPAR 안테나에서 기생소자의 리액턴스 가변시 복사패턴을 나타낸 도이다.FIG. 5 is a graph illustrating the VSWR characteristics of a dipole ESPAR antenna according to the present invention. FIG. 6 is a diagram illustrating a radiation pattern for a dipole ESPAR antenna in FIG. 5, and FIG. Fig. 5 shows a radiation pattern when the reactance of the parasitic element is varied.

우선, 도 5 및 도 6은 기생 소자(120) 각각에 전압 바이어스 선로가 연결된 일반적인 다이폴 ESPAR 안테나, 기생 소자(120) 각각의 네거티브 패턴(126)이 능동 소자(110)의 네거티브 영역(114)에 연결 패턴(134b)에 의해 연결된 공통 그라운드를 사용한 다이폴 ESPAR 안테나 및 본 발명에 따른 Quarter-wave meander strip line으로 이루어진 연결 패턴(134b)로 공통 그라운드를 사용한 다이폴 ESPAR 안테나에 대한 정재파비(VSWR) 및 복사패턴을 나타낸다.5 and 6 show a typical dipole ESPAR antenna in which a voltage bias line is connected to each of the parasitic elements 120 and a negative pattern 126 of each of the parasitic elements 120 are connected to a negative region 114 of the active element 110 (VSWR) and copying (DIV) for a dipole ESPAR antenna using a common ground as a dipole ESPAR antenna using a common ground connected by the connection pattern 134b and a connection pattern 134b composed of a quarter-wave meander strip line according to the present invention, Pattern.

먼저 도 5를 설명하기 이전에, 능동 소자(110)의 반지름(R)은 5 mm 이고, 기생 소자(120)의 측면 기판(122)은 비유전율이 4.3, 두께가 0.8 mm 이며, 기생 소자(120)의 포지티브 패턴(124) 및 네거티브 패턴(126)은 두께(D)가 0.35 mm이며, 폭(W)이 9 mm 이며,다이폴 ESPAR 안테나의 총 길이는 52 mm 이고, 능동 소자(1100과 기생 소자(120) 사이의 소정 거리(B)는 7.6 mm로 λ/16 길이로 계산된 정재파비(VSWR)이고, 중심 주파수가 2.45 GHz에서 계산된 복사패턴이다.5, the radius R of the active element 110 is 5 mm, the side substrate 122 of the parasitic element 120 has a relative dielectric constant of 4.3, a thickness of 0.8 mm, and a parasitic element The positive pattern 124 and the negative pattern 126 of the dipole ESPAR antenna 120 have a thickness D of 0.35 mm and a width W of 9 mm and the total length of the dipole ESPAR antenna is 52 mm. The predetermined distance B between the elements 120 is a standing wave ratio (VSWR) calculated with a length of lambda / 16 of 7.6 mm and a radiation pattern calculated at a center frequency of 2.45 GHz.

이때, 도 5는, 일반적인 다이폴 ESPAR 안테나, 공통 그라운드 다이폴 ESPAR 안테나 및 미앤터 라인 공통 그라운드 다이폴 ESPAR 안테나 각각에 계산된 정재파비(VSWR) 특성을 비교한다. 5 compares the VSWR characteristics calculated for a typical dipole ESPAR antenna, a common ground dipole ESPAR antenna, and a meander line common ground dipole ESPAR antenna, respectively.

즉, 도 1 내지 도 4에 나타낸, 네거티브 영역(114) 및 네거티브 패턴(126) 중 적어도 하나에 네거티브 전압(Negative voltage)이 인가되는 연결패턴(134b)이 Quarter-wave meander strip line으로 네거티브 영역(114) 및 네거티브 패턴(126)와 공통 그라운드로 연결됨으로써 정재파비(VSWR)의 특성이 개선되며 40MHz채널 대역폭에서 1.5:1 이하를 만족하는 것을 알 수 있다.That is, the connection pattern 134b to which a negative voltage is applied to at least one of the negative region 114 and the negative pattern 126 shown in FIGS. 1 to 4 is applied to the negative region 114 and the negative pattern 126 to improve the characteristics of the VSWR and satisfy a ratio of 1.5: 1 or less in a 40 MHz channel bandwidth.

여기서, 도 6은 도에 나타낸 일반적인 다이폴 ESPAR 안테나, 공통 그라운드 다이폴 ESPAR 안테나 및 미앤터 라인 공통 그라운드 다이폴 ESPAR 안테나 각각에 계산된 복사패턴을 비교한다.Here, FIG. 6 compares the calculated radiation pattern for each of the general dipole ESPAR antenna, the common ground dipole ESPAR antenna and the meander line common ground dipole ESPAR antenna shown in the figure.

여기서, 복사패턴은 중심주파수 2.45GHz에서 계산된 값이며, 공통 그라운드 다이폴 ESPAR 안테나의 이득은 4.6dBi이며, 미앤터 라인 공통 그라운드 다이폴 ESPAR 안테나의 이득은 5.6dBi 를 갖는다. Here, the radiation pattern is a value calculated at a center frequency of 2.45 GHz, the gain of the common ground dipole ESPAR antenna is 4.6 dBi, and the gain of the meander line common ground dipole antenna is 5.6 dBi.

미앤터 라인 공통 그라운드 다이폴 ESPAR 안테나는 공통 그라운드 다이폴 ESPAR 안테나와 일반적인 다이폴 ESPAR 안테나 보다 전후방비가 작으며, 이득 또한 1dBi정도 높다. The meander line common-ground dipole ESPAR antenna has a smaller front-to-back ratio than a common dipole ESPAR antenna and a common dipole ESPAR antenna, and the gain is also as high as 1 dBi.

도 6에 나타낸 패턴을 형성하기 위해 사용된 기생소자(120)의 리액턴스는 서로 인접한 두 개가 0.75pF 이고, 나머지 서로 인접한 두 개가 3.7pF일 수 있다.The reactances of the parasitic elements 120 used to form the pattern shown in Fig. 6 may be 0.75 pF for two adjacent ones and 3.7 pF for the other two adjacent to each other.

도 7은 도 6에 나타낸 계산된 복수패턴에서 기생소자(120)의 리액턴스를 가변시켜 계산된 복수패턴을 나타낸다.Fig. 7 shows a plurality of patterns calculated by varying the reactance of the parasitic element 120 in the calculated plural patterns shown in Fig.

즉, 도 7은 미앤더 라인 공통그라운드 다이폴 ESPAR 안테나의 2.45GHz 에서의 복사패턴이며, 이때 계산된 이득은 5.6dBi 일 수 있다.That is, FIG. 7 is a radiation pattern at 2.45 GHz of the meander line common ground dipole ESPAR antenna, where the calculated gain may be 5.6 dBi.

또한, 미앤더 라인 공통그라운드 다이폴 ESPAR 안테나는 전자적인 빔 조향을 구현하기 위해 기생 소자(120)에 특정용량의 리액턴스을 변화하여 패턴 변화를 할 수 있다.In addition, the meander line common ground dipole ESPAR antenna can change the reactance of the parasitic element 120 by a specific amount of the capacitance to realize the electronic beam steering.

우선, 도 7에 나타낸 복사패턴을 형성하는 리액턴스를 아래의 [표 1]에 나타낸다.First, the reactance for forming the radiation pattern shown in Fig. 7 is shown in Table 1 below.

제1 기생소자The first parasitic element 제2 기생소자The second parasitic element 제3 기생소자Third parasitic element 제4 기생소자The fourth parasitic element 제1 복사패턴First radiation pattern 3.7pF3.7 pF 0.75pF0.75pF 0.75pF0.75pF 3.7pF3.7 pF 제2 복사패턴Second copy pattern 0.75pF0.75pF 0.75pF0.75pF 3.7pF3.7 pF 3.7pF3.7 pF 제3 복사패턴Third copy pattern 0.75pF0.75pF 3.7pF3.7 pF 3.7pF3.7 pF 0.75pF0.75pF 제4 복사패턴Fourth copy pattern 3.7pF3.7 pF 3.7pF3.7 pF 0.75pF0.75pF 0.75pF0.75pF

도 1 및 도 4에서 언급한 4개의 기생소자(120)는 [표 1]에서 나타낸 바와 같이 리액턴스를 가변시킨 경우 도 7에 나타낸 제1 내지 제4 복사패턴을 형성할 수 있다.The four parasitic elements 120 referred to in FIGS. 1 and 4 can form the first to fourth radiation patterns shown in FIG. 7 when the reactance is varied as shown in [Table 1].

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.

Claims (10)

포지티브 영역(positive region) 및 상기 포지티브 영역과 이격된 네거티브 영역(negative region)으로 구분된 원통형 다이폴 구조로 이루어진 능동 소자(active element); 및
상기 네거티브 영역과 전기적으로 연결된 네거티브 패턴(negative pattern) 및 상기 네거티브 패턴과 전기적으로 연결된 포지티브 패턴(positive pattern)으로 구분된 평판형 다이폴 구조로 이루어지고, 상기 능동 소자가 삽입 배치되는 케이스의 적어도 일 측에 형성되는 기생 소자(parasitic element)를 포함하는 다이폴 ESPAR 안테나.
An active element formed of a cylindrical dipole structure divided into a positive region and a negative region spaced apart from the positive region; And
And a flat dipole structure divided into a negative pattern electrically connected to the negative region and a positive pattern electrically connected to the negative pattern, wherein at least one side of the case in which the active element is inserted and disposed And a parasitic element formed on the dipole ESPAR antenna.
청구항 1에 있어서,
상기 기생 소자의 리액턴스(reatance)가 가변되게, 상기 포지티브 패턴 및 상기 네거티브 패턴에 솔더링(soldering)되는 가변 소자(variable element)를 더 포함하는 다이폴 ESPAR 안테나.
The method according to claim 1,
Further comprising a variable element soldered to the positive pattern and the negative pattern such that a reactance of the parasitic element is variable.
청구항 2에 있어서,
상기 가변 소자는,
바랙터 다이오드(Varactor diode)인 다이폴 ESPAR 안테나.
The method of claim 2,
The variable element comprises:
A dipole ESPAR antenna, a varactor diode.
청구항 1에 있어서,
상기 기생 소자는,
소정의 비유전율을 갖는 기판(substrate) 상에 동박(copper)으로 상기 포지티브 패턴 및 상기 네거티브 패턴이 형성된 다이폴 ESPAR 안테나.
The method according to claim 1,
The parasitic element includes:
A dipole ESPAR antenna in which the positive pattern and the negative pattern are formed by copper on a substrate having a predetermined relative dielectric constant.
청구항 4에 있어서,
상기 기판은,
상기 비유전율이 4.1 내지 4.4를 갖는 FR-4 재질인 다이폴 ESPAR 안테나.
The method of claim 4,
Wherein:
The dipole ESPAR antenna is an FR-4 material having the relative dielectric constant of 4.1 to 4.4.
청구항 4에 있어서,
상기 포지티브 패턴 및 상기 네거티브 패턴의 두께는,
0.031 mm 내지 0.37 mm이며,
상기 포지티브 패턴 및 상기 네거티브 패턴의 폭은,
7 mm 내지 10 mm인 다이폴 ESPAR 안테나.
The method of claim 4,
The thickness of the positive pattern and the negative pattern is preferably,
0.031 mm to 0.37 mm,
The width of the positive pattern and the width of the negative pattern,
7 mm to 10 mm dipole ESPAR antenna.
청구항 1에 있어서,
상기 능동 소자로 포지티브 전압(positive voltage) 및 네거티브 전압(negative voltage)을 인가하는 동축케이블(coxial cable)을 더 포함하고,
상기 네거티브 영역은,
상기 동축케이블이 삽입 접촉되어 상기 네거티브 전압이 인가되며,
상기 포지티브 영역은,
상기 네거티브 영역에 삽입된 상기 동축케이블이 접촉되어 상기 포지티브 전압이 인가되는 다이폴 ESPAR 안테나.
The method according to claim 1,
Further comprising a coaxial cable for applying a positive voltage and a negative voltage to the active element,
Wherein the negative region comprises:
The coaxial cable is inserted and brought into contact with the negative voltage,
Wherein the positive region is a non-
And the coaxial cable inserted in the negative region is contacted to apply the positive voltage.
청구항 7에 있어서,
상기 능동 소자는,
상기 기생 소자와 7.3mm 내지 7.8mm로 이격된 다이폴 ESPAR 안테나.
The method of claim 7,
The active element includes:
Dipole ESPAR antenna spaced from the parasitic element by 7.3 mm to 7.8 mm.
청구항 1에 있어서,
상기 네거티브 영역과 상기 네거티브 패턴을 서로 연결하는 연결 패턴이 형성된 배면 기판을 더 포함하는 다이폴 ESPAR 안테나.
The method according to claim 1,
Further comprising a rear substrate on which a connection pattern connecting the negative region and the negative pattern is formed.
청구항 9에 있어서,
상기 연결 패턴은,
Quarter-wave meander strip line 인 다이폴 ESPAR 안테나.
The method of claim 9,
The connection pattern
A dipole ESPAR antenna, a quarter-wave meander strip line.
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