KR20180006811A

KR20180006811A - Microstrip stacked patch antenna

Info

Publication number: KR20180006811A
Application number: KR1020160087703A
Authority: KR
Inventors: 김원남; 김상희
Original assignee: (주)탑중앙연구소
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2036-07-11
Also published as: KR102158031B1

Abstract

The present invention relates to a microstrip stacked patch antenna which is able to be used in a radar module. According to the present invention, the microstrip stacked patch antenna comprises: a first substrate which has a plurality of microstrip patches arranged on an upper surface; a second substrate which is disposed on a lower portion of the first substrate and has a second microstrip patch arranged on an upper surface, and a ground layer arranged on a lower surface; and a third substrate which is disposed on a lower portion of the second substrate and has a first feeding pad for receiving a frequency signal arranged on a lower surface, wherein the second microstrip path emits the frequency signal that passes through the second substrate and the third substrate from the feeding pad and is applied through a first via hole connecting the second microstrip patch and the feeding pad, such that the frequency signal is coupled and supplied to the first microstrip patch. According to the present invention, the microstrip stacked patch antenna has a structure in which an air medium layer is not included, thereby being able to solve the problem of deteriorating characteristics of the antenna by assembly tolerance.

Description

MICROSTRIP STACKED PATCH ANTENNA < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 레이더 모듈에 사용 가능한 마이크로스트립 스택(MICROSTRIP STACKED) 패치 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip stack patch antenna usable in a radar module.

최근, 휴대용 디바이스의 사용이 보편화되고 통신기술이 일반화되면서 회로의 소형화에 걸림돌이 되고 잇는 배터리와 전원 코드 문제를 해결하고, 전원 공급과 배터리 충전을 무선으로 실현하려는 연구와 언제 어디서나 이용할 수 있는 유비쿼터스 센서의 전원 공급을 위한 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.In recent years, portable devices have become commonplace and communication technologies have become common, so that the problems of battery and power cord, which are obstructing the miniaturization of circuits, have been solved, and researches for realizing wireless power supply and battery charging and ubiquitous sensors A technology for power supply of a power source is actively being studied.

특히, 미래 사회의 10대 유망기술 중 하나로서 무선 전력 전송 기술이 많은 주목을 받고 있다.In particular, wireless power transmission technology has attracted much attention as one of the ten promising technologies of the future society.

무선 전력 전송에 사용되는 렉테나(Rectenna)는 정류회로(Rectifier)와 안테나(Antenna)의 합성어로서, RF 신호를 받아들이는 안테나와 정류 다이오드, 부하 저항 등으로 구성되며, 안테나에 입사된 RF 전력을 정류회로를 통해 DC 전력으로 변환해주는 소자를 의미한다.Rectenna, which is used for wireless power transmission, is a compound of a rectifier and an antenna. It is composed of an antenna that receives an RF signal, a rectifier diode, and a load resistor. Means a device that converts DC power through a rectifier circuit.

이러한 렉테나는 UWB 레이더 모듈 등에 적용되는데, 대표적으로 파형(sinuous), 비발디(vivaldi), 안티-비발디 및 패치 안테나 등이 있다. 현재에는 설계 및 제작이 용이하고 소형화가 가능한 패치 안테나가 주로 사용되고 있는 실정이다. These rectenas are applied to UWB radar modules and are typically sinuous, vivaldi, anti-Vivaldi and patch antennas. Nowadays, patch antennas which can be easily designed and manufactured and can be miniaturized are mainly used.

일반적인 패치 안테나의 경우, 안테나 방사부와 반사부는 공기를 매질로 하여 소정의 간격만큼 이격되도록 제작된다.In the case of a general patch antenna, the antenna radiation part and the reflection part are made to be spaced apart by a predetermined distance using air as a medium.

이 때, 안테나 방사부와 반사부는 나사 등을 이용하여 결합되는데, 안테나 조립시 조립 공차 등에 의해 안테나 방사부와 반사부 사이의 간격이 일정하지 않을 경우 안테나 특성이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.At this time, the antenna radiating part and the reflecting part are coupled using screws or the like. However, when the distance between the antenna radiating part and the reflecting part is not constant due to assembly tolerance or the like in assembling the antenna, there is a problem that the antenna characteristic is rapidly deteriorated.

또한, 종래의 패치 안테나의 경우, 안테나의 사이즈가 작을수록 안테나로부터 발생되는 사이드 로브에 의해 안테나 특성 저하 현상의 증가하는 바, 안테나의 소형화가 어렵다는 문제가 있었다.In addition, in the case of the conventional patch antenna, as the size of the antenna becomes smaller, the phenomenon of antenna characteristic deterioration increases due to the side lobe generated from the antenna, which makes it difficult to miniaturize the antenna.

본 발명은 공기를 매질로 사용하지 않는 마이크로스트립 스택 패치 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a microstrip stack patch antenna which does not use air as a medium.

또한, 본 발명은 마이크로스트립 패치가 다층 구조로 배치됨에 따라 사이드 로브 발생을 억제하는 것이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a microstrip patch antenna capable of suppressing occurrence of side lobes as a microstrip patch is arranged in a multilayer structure.

아울러, 본 발명은 소형으로 제작하는 것이 가능함과 동시에 종래 패치 안테나 대비 대역폭을 향상시키는 것이 가능한 마이크로스트립 스택 패치 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a microstrip patch antenna capable of being manufactured in a small size and capable of improving the bandwidth compared to a conventional patch antenna.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상부면에 복수의 제1 마이크로스트립 패치가 배치된 제1 기판, 상기 제1 기판의 하부에 위치하며, 상부면에 제2 마이크로스트립 패치가 배치되며, 하부면에 접지층이 구비된 제2 기판, 상기 제2 기판의 하부에 위치하며, 하부면에 외부로부터 주파수 신호를 공급받는 제1 급전 패드가 배치된 제3 기판 및 상기 제2 기판 및 상기 제3 기판을 관통하여 상기 제2 마이크로스트립 패치와 상기 급전 패드를 연결하는 제1 비아홀을 포함하는 마이크로스트립 스택 패치 안테나가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first substrate on which a plurality of first microstrip patches are arranged on an upper surface; a second substrate on a lower side of the first substrate; A second substrate on which a microstrip patch is disposed and having a ground layer on a lower surface thereof, a third substrate disposed on a lower surface of the second substrate and having a first feeding pad for receiving a frequency signal from the outside, And a first via hole passing through the second substrate and the third substrate and connecting the second microstrip patch and the feed pad.

여기서, 상기 제1 마이크로스트립 패치와 상기 제2 마이크로스트립 패치는 임의의 급전 선로에 의해 직접적으로 연결되어 있지 않으며, 제1 급전 선로를 통해 상기 제2 마이크로스트립 패치로 인가된 주파수 신호를 상기 제2 마이크로스트립 패치가 방사하여 상기 제1 마이크로스트립 패치로 커플링 공급하도록 구성되어 있다. Here, the first microstrip patch and the second microstrip patch are not directly connected by any feed line, and the frequency signal applied to the second microstrip patch through the first feed line is connected to the second microstrip patch through the first feed line, And the microstrip patch is configured to emit and couples to the first microstrip patch.

또한, 상기 제3 기판의 하부면에는 제1 접지 패드가 배치될 수 있으며, 상기 제1 접지 패드는 제2 비아홀을 통해 상기 접지층과 접지될 수 있다.Also, a first ground pad may be disposed on a lower surface of the third substrate, and the first ground pad may be grounded to the ground layer through a second via hole.

또한, 상기 제1 급전 패드에 주파수 신호를 공급하기 위한 동축 커넥터가 연결되며, 상기 동축 커넥터는 주파수 신호를 공급하는 동축 케이블, 상기 제1 급전 패드와 접촉하는 제2 급전 패드 및 상기 제1 접지 패드와 접촉하는 제2 접지 패드를 포함한다.A coaxial connector for supplying a frequency signal to the first feeding pad is connected to the coaxial connector. The coaxial connector includes a coaxial cable for supplying a frequency signal, a second feeding pad contacting the first feeding pad, And a second ground pad in contact with the second ground pad.

일 실시예에 있어서, 상기 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때, 상기 제1 마이크로스트립 패치는 상기 제2 마이크로스트립 패치의 일부 영역과 중첩되도록 배치될 수 있다. In one embodiment, the first microstrip patch may be disposed to overlap a portion of the second microstrip patch when viewed from above the microstrip stack patch antenna.

이 때, 상기 제1 마이크로스트립 패치의 모서리는 상기 제2 마이크로스트립 패치의 모서리와 중첩되도록 배치될 수 있다.At this time, the edge of the first microstrip patch may be arranged to overlap with the edge of the second microstrip patch.

다른 변형예에 있어서, 상기 제2 마이크로스트립 패치의 모서리는 서로 인접한 두 변을 연결하는 사선 형태를 가짐에 따라 안테나의 광대역 특성인 밴드 폭(band width)를 증가시킬 수 있다.In another modification, since the edge of the second microstrip patch has a slanting line connecting two adjacent sides, it is possible to increase the band width which is the broadband characteristic of the antenna.

또한, 상기 제1 기판의 상부면에 배치된 상기 제1 마이크로스트립 패치는 십(十)자형의 이격 공간을 형성하도록 가상의 사각형의 모서리에 구비되며, 상기 제2 기판의 상부면에 배치된 상기 제2 마이크로스트립 패치는 상기 십자형의 이격 공간에 대향하도록 상기 제2 기판 상에 구비될 수 있다.In addition, the first microstrip patch disposed on the upper surface of the first substrate may be provided at an edge of a virtual quadrangle to form a ten-shaped spacing space, And a second microstrip patch may be provided on the second substrate so as to face the cross-shaped spacing space.

추가적으로, 상기 제2 기판의 상부면에 상기 제2 마이크로스트립 패치와 이격되도록 배치된 적어도 하나의 기생 패치를 더 포함함에 따라 제2 마이크로스트립 패치로 공급되는 주파수 신호의 방사 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the second substrate may further include at least one parasitic patch disposed on the upper surface of the second substrate so as to be spaced apart from the second microstrip patch, thereby improving the radiation characteristic of the frequency signal supplied to the second microstrip patch.

이 때, 상기 기생 패치는 상기 초광대역 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때, 서로 인접한 두 제1 마이크로스트립 패치 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제2 마이크로스트립 패치로부터 방사된 주파수 신호를 상기 제1 마이크로스트립 패치로 커플링 공급할 수 있다.In this case, the parasitic patch may be disposed between two first microstrip patches adjacent to each other when viewed from above the ultra-wideband patch antenna, and the frequency signal radiated from the second microstrip patch may be disposed between the first micro- Coupling can be supplied by strip patch.

본 발명에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나는 공기 매질층을 포함하지 않는 구조를 채택함에 따라 조립 공차에 따라 안테나 특성이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.The microstrip stack patch antenna according to the present invention adopts a structure that does not include an air medium layer, thereby solving the problem that antenna characteristics are degraded according to an assembly tolerance.

또한, 본 발명에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나는 마이크로스트립 패치를 다층 구조로 배치함에 따라 사이드 로브 발생을 억제함으로써 안테나 특성을 향상시키는 것이 가능하다.In addition, the microstrip patch antenna according to the present invention can improve the antenna characteristics by suppressing side lobe occurrence by arranging the microstrip patches in a multi-layer structure.

추가적으로, 본 발명에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나는 다층 구조로 배치된 마이크로스트립 패치와 기생 패치를 통해 주파수 신호의 방사 특성을 향상시켜 밴드 폭의 광대역화가 가능하다는 이점이 있다.In addition, the microstrip stack patch antenna according to the present invention has an advantage in that it can improve the radiation characteristic of a frequency signal through a microstrip patch and a parasitic patch arranged in a multi-layered structure, thereby enabling a wide band width.

아울러, 본 발명에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나는 기생 패치의 적용 및 마이크로스트립 패치의 형상 변화를 통해 광대역 주파수의 변경이 용이하다는 이점이 있다.In addition, the microstrip stack patch antenna according to the present invention is advantageous in that it is easy to change the broadband frequency through the application of the parasitic patch and the shape change of the microstrip patch.

또한, 본 발명에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나는 외부로부터 주파수 신호를 공급받는 커넥터가 동축 커넥터 형태로서 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 후면에 연결되어 주파수 신호를 공급함으로써 주파수 신호의 방사 특성, 특히 주파수 신호의 방사각을 넓히고, 사이드 로브 발생을 더욱 억제하는 것이 가능하다는 이점이 있다.In the microstrip stack patch antenna according to the present invention, the connector receiving the frequency signal from the outside is connected to the back surface of the microstrip stack patch antenna in the form of a coaxial connector to supply the frequency signal, There is an advantage that it is possible to widen the radiation angle and to further suppress the side lobe occurrence.

이를 통해 사이드 로브 발생이 억제된 경우, 안테나의 이득률이 향상될 수 있으며 레이더 모듈의 탐지 범위를 향상시키고, 측정 및 탐지 결과에 대한 신뢰성을 제고할 수 있다.If the side lobe occurrence is suppressed, the gain factor of the antenna can be improved, the detection range of the radar module can be improved, and the reliability of the measurement and the detection result can be improved.

특히, 본 발명에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나는 실외 및 야간 환경 하에서의 장애물 또는 동적 객체의 탐지를 위한 UWB 레이더 시스템의 구현을 위해 적용될 수 있으며, 이를 통해 차량 또는 중장비 등에 적용 가능한 동적 객체 탐지용 레이더 센서 모듈(예를 들어, 후방 감지 센서 등)의 구현이 가능하다.Particularly, the microstrip patch patch antenna according to the present invention can be applied to the implementation of a UWB radar system for detecting obstacles or dynamic objects under outdoor and nighttime environments. Through this, a radar sensor for dynamic object detection applicable to vehicles, heavy equipment, It is possible to implement a module (for example, a rear detection sensor, etc.).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 상부면을 투과도로서 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나에 적용된 제1 기판의 상부면을 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 제1 기판의 하부에 위치하는 제2 기판의 상부면을 나타낸 것이다.
도 5는 제2 기판의 하부에 위치하는 제3 기판의 상부면을 나타낸 것이며, 도 6은 제3 기판의 하부면을 나타낸 것이다.
도 7은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 단면을 나타낸 것이다.
도 8은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나에 적용된 동축 커넥터의 상부면을 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 동축 커넥터의 측면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 동축 커넥터의 하부면을 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 광대역 특성(S11 파라미터)를 나타낸 그래프이다.
도 12 및 도 13은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 7.5GHz에서의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 상부면을 투과도로서 나타낸 것이다.1 is a top view of a microstrip stack patch antenna according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view of a first substrate applied to the microstrip stack patch antenna shown in FIG. 1. FIG.
Figs. 3 and 4 show the upper surface of the second substrate located below the first substrate.
FIG. 5 is a top view of a third substrate located under the second substrate, and FIG. 6 is a bottom view of the third substrate.
7 is a cross-sectional view of the microstrip stack patch antenna shown in FIG.
8 is a plan view showing a top surface of a coaxial connector applied to the microstrip stack patch antenna shown in FIG.
9 is a side view of the coaxial connector shown in Fig.
10 is a plan view showing a lower surface of the coaxial connector shown in Fig.
11 is a graph showing a broadband characteristic (S11 parameter) of the microstrip stack patch antenna shown in FIG.
12 and 13 are graphs showing radiation patterns of the microstrip stack patch antenna shown in FIG. 1 at 7.5 GHz.
14-17 illustrate the top view of the microstrip stack patch antenna according to various embodiments of the present invention in terms of transmittance.

본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Certain terms are hereby defined for convenience in order to facilitate a better understanding of the present invention. Unless otherwise defined herein, scientific and technical terms used in the present invention shall have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art. Also, unless the context clearly indicates otherwise, the singular form of the term also includes plural forms thereof, and plural forms of the term should be understood as including its singular form.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 다양한 실시예에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나를 상세히 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a microstrip patch patch antenna according to various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 상부면을 투과도로서 나타낸 것이며, 도 2는 도 1에 도시된 패치 안테나에 적용된 제1 기판의 상부면을 나타낸 것이며, 도 3 및 도 4는 제1 기판의 하부에 위치하는 제2 기판의 상부면을 나타낸 것이다.FIG. 1 is a top view of a microstrip stack patch antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a top view of a first substrate applied to the patch antenna shown in FIG. 4 is a top view of a second substrate positioned below the first substrate.

또한, 도 5는 제2 기판의 하부에 위치하는 제3 기판의 상부면을 나타낸 것이며, 도 6은 제3 기판의 하부면을 나타낸 것이며, 도 7은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 단면을 나타낸 것이다.6 is a bottom view of the third substrate. FIG. 7 is a cross-sectional view of the microstrip stack patch antenna shown in FIG. 1, and FIG. Fig.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 안테나(100)는 상부면에 복수의 제1 마이크로스트립 패치(111)가 배치된 제1 기판(110), 제1 기판(110)의 하부에 위치하며, 상부면에 제2 마이크로스트립 패치(121)가 배치되며, 하부면에 접지층(122)이 구비된 제2 기판(120) 및 제2 기판(120)의 하부에 위치하며, 하부면에 외부로부터 주파수 신호를 공급받는 제1 급전 패드(133)가 배치된 제3 기판(130)으로 구성된다.1 to 7, a patch antenna 100 according to an embodiment of the present invention includes a first substrate 110 on which a plurality of first microstrip patches 111 are disposed, A second microstrip patch 121 is disposed on the upper surface of the second substrate 120 and a second substrate 120 having a ground layer 122 on the lower surface thereof. And a third substrate 130 on which a first feeding pad 133 for receiving a frequency signal from the outside is disposed.

제1 급전 패드(133)에는 동축 케이블을 포함하는 동축 커넥터(140)가 접촉하여 마이크로스트립 스택 패치 안테나로 주파수 신호를 공급하도록 마련된다. 이 때, 동축 커넥터(140)를 통해 공급되는 주파수 신호는 제2 기판(120) 및 제3 기판(130)을 관통하여 제1 급전 패드(133)와 제2 마이크로스트립 패치(121)를 연결하는 제1 비아홀(131)에 의해 제2 마이크로스트립 패치(121)로 인가된다.A coaxial connector 140 including a coaxial cable contacts the first feeding pad 133 and is provided to supply a frequency signal to the microstrip stack patch antenna. The frequency signal supplied through the coaxial connector 140 passes through the second substrate 120 and the third substrate 130 to connect the first feeding pad 133 and the second microstrip patch 121 And is applied to the second microstrip patch 121 by the first via hole 131.

이 때, 제1 마이크로스트립 패치(111)와 제2 마이크로스트립 패치(121)는 임의의 급전 선로에 의해 직접적으로 연결되어 있지 않으므로, 제1 비아홀(131)을 통해 제2 마이크로스트립 패치(121)로 인가된 주파수 신호는 제2 마이크로스트립 패치(121)에 의한 방사를 통해 제1 마이크로스트립 패치(111)로 커플링 공급된다.In this case, since the first microstrip patch 111 and the second microstrip patch 121 are not directly connected by any feed line, the second microstrip patch 121 is connected to the first microstrip patch 121 through the first via hole 131, The frequency signal applied to the first microstrip patch 121 is coupled and supplied to the first microstrip patch 111 through the emission by the second microstrip patch 121.

제1 기판(110), 제2 기판(120) 및 제3 기판(130)은 테프론과 같은 유전체 재질로 형성된 인쇄회로기판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기판(110), 제2 기판(120) 및 제3 기판(130)의 두께, 유전상수 및 유전체 손실은 동일할 수 있다. 다만, 제1 기판(110), 제2 기판(120) 및 제3 기판(130)의 유전상수 및 유전체 손실 값뿐만 아니라 이의 두께는 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있을 것이다. 예를 들어, 제1 기판(110), 제2 기판(120) 및 제3 기판(130)의 유전상수, 유전체 손실 값 및 두께의 조절을 통해 해치 안테나의 대역폭과 안테나 이득률 등이 조정될 수 있을 것이다.The first substrate 110, the second substrate 120, and the third substrate 130 may be printed circuit boards formed of a dielectric material such as Teflon. According to an embodiment of the present invention, the thickness, dielectric constant, and dielectric loss of the first substrate 110, the second substrate 120, and the third substrate 130 may be the same. However, the dielectric constant and the dielectric loss value of the first substrate 110, the second substrate 120, and the third substrate 130, as well as their thicknesses, may be variously designed as needed. For example, the bandwidth of the hatch antenna and the gain factor of the antenna can be adjusted by adjusting the dielectric constant, dielectric loss value, and thickness of the first substrate 110, the second substrate 120, and the third substrate 130 will be.

도 2를 참조하면, 제1 기판(110)의 상부면에는 복수의 제1 마이크로스트립 패치(111)가 배치되며, 이 때 제1 마이크로스트립 패치(111)는 서로 이격되도록 배치되는 것이 안테나 방사 특성 측면에서 바람직하다. 예를 들어, 제1 기판(110) 상에 배치된 복수의 제1 마이크로스트립 패치(111)는 십(十)자형의 이격 공간을 형성하도록 가상의 사각형의 모서리에 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2, a plurality of first microstrip patches 111 are disposed on the upper surface of the first substrate 110, and the first microstrip patches 111 are spaced apart from each other, . For example, a plurality of first microstrip patches 111 disposed on the first substrate 110 may be provided at an edge of a virtual quadrangle to form a ten-character spacing space.

제1 마이크로스트립 패치(111)는 인쇄회로 방식으로 제1 기판(110)의 상부면에 형성되거나 동박 등의 도전성 재질을 적절한 형상으로 제작하여 부착할 수 있다. 또한, 제1 마이크로스트립 패치(111)는 8GHz~12GHz 사이의 고주파 대역인 X대역용으로 구현될 수 있다.The first microstrip patch 111 may be formed on the upper surface of the first substrate 110 in a printed circuit manner, or may be made by attaching a conductive material such as a copper foil to an appropriate shape. In addition, the first microstrip patch 111 can be implemented for the X band, which is a high frequency band between 8 GHz and 12 GHz.

제1 마이크로스트립 패치(111)는 외부로 전자기파를 방사하거나 외부로부터 무선 신호를 수신하는 역할을 수행하며, 이 때 제1 마이크로스트립 패치(111)는 임의의 급전 선로를 통해 주파수 신호를 직접적으로 공급받지 않으며, 제2 마이크로스트립 패치(121)에 의해 간접적으로 공급받도록 배치된다. The first microstrip patch 111 radiates an electromagnetic wave to the outside or receives a radio signal from the outside. At this time, the first microstrip patch 111 directly supplies a frequency signal through an arbitrary feed line, And is arranged to be indirectly supplied by the second microstrip patch 121. [

도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 기판(120)의 상부면에는 제2 마이크로스트립 패치(121)가 배치된다. 제2 마이크로스트립 패치(121)는 8GHz~12GHz 사이의 고주파 대역인 X대역용으로 구현될 수 있으며, 제1 비아홀(131)과 연결되어 제1 급전 패드(133)를 통해 공급된 주파수 신호를 인가받도록 구성된다.Referring to FIGS. 3 and 4, a second microstrip patch 121 is disposed on the upper surface of the second substrate 120. The second microstrip patch 121 may be implemented for the X band, which is a high frequency band between 8 GHz and 12 GHz. The second microstrip patch 121 may be connected to the first via hole 131 to apply a frequency signal supplied through the first feed pad 133 .

제2 마이크로스트립 패치(121)의 위치는 특별히 정해진 것은 없으나, 예를 들어, 제1 기판(110) 상에 배치된 복수의 제1 마이크로스트립 패치(111)가 십(十)자형의 이격 공간을 형성하도록 가상의 사각형의 모서리에 구비된 경우, 제2 마이크로스트립 패치(121)는 십(十)자형의 이격 공간의 중심부에 대응하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.Although the position of the second microstrip patch 121 is not specifically defined, for example, a plurality of the first microstrip patches 111 disposed on the first substrate 110 may have a ten- The second microstrip patch 121 is preferably disposed at a position corresponding to the center of the ten-pointed spacing space.

또한, 제2 마이크로스트립 패치(121)의 형상은 제1 마이크로스트립 패치(111)와 유사하게 사각형을 가질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 필요에 따라, 제1 마이크로스트립 패치(111)와 제2 마이크로스트립 패치(121)의 형상은 변형될 수 있다.In addition, the shape of the second microstrip patch 121 may have a shape similar to that of the first microstrip patch 111, but is not limited thereto. If desired, the shapes of the first microstrip patch 111 and the second microstrip patch 121 may be deformed.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예에 따르면, 제2 마이크로스트립 패치(121)의 모서리는 서로 인접한 두 변을 연결하는 사선 형태를 가지며, 이에 따라 제2 마이크로스트립 패치(121)는 팔각형 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 제2 마이크로스트립 패치(121)가 사각형의 형상을 가지는 경우보다, 안테나의 광대역 특성인 밴드 폭(band width)를 더욱 증가시키는 것이 가능하다.4, the edge of the second microstrip patch 121 has an oblique shape connecting two adjacent edges of the second microstrip patch 121, so that the second microstrip patch 121 It can have an octagonal shape. In this case, it is possible to further increase the band width which is the broadband characteristic of the antenna, as compared with the case where the second microstrip patch 121 has a rectangular shape.

상술한 바와 같이, 제1 마이크로스트립 패치(111)와 제2 마이크로스트립 패치(121)는 임의의 급전 선로에 의해 직접적으로 연결되어 있지 않으며, 제1 비아홀(131)을 통해 제2 마이크로스트립 패치(121)로 인가된 주파수 신호는 상부를 향해 방사되며, 이에 따라 제1 마이크로스트립 패치(111)에 커플링 공급되도록 구성되어 있다.As described above, the first microstrip patch 111 and the second microstrip patch 121 are not directly connected to each other by any feed line, but are connected to the second microstrip patch 121 through the first via hole 131 121 are radiated toward the upper side, and are thus configured to be coupled to the first microstrip patch 111.

제1 마이크로스트립 패치(111)는 임의의 급전 선로를 통해 주파수 신호를 직접 인가받지 않고 제2 마이크로스트립 패치(121)로부터 방사된 주파수 신호를 커플링 공급받음으로써 제1 마이크로스트립 패치(111)로부터 방사되는 주파수 대역의 범위를 넓혀 패치 안테나의 광대역 특성을 향상시키는 것이 가능하다.The first microstrip patch 111 receives the frequency signal radiated from the second microstrip patch 121 without receiving the frequency signal directly through the arbitrary feed line and receives the frequency signal from the first microstrip patch 111 It is possible to widen the range of the frequency band to be radiated and to improve the broadband characteristic of the patch antenna.

또한, 제2 마이크로스트립 패치(121)를 통한 간접 급전 방식을 통해 수직 편하와 수평 편파의 편파 분리도를 향상시킬 수 있으며, 패치 안테나의 사이드 로브 발생을 억제하는 것이 가능하다는 이점이 있다.In addition, the polarized wave separation between the vertical offset and the horizontal polarized wave can be improved through the indirect feed method through the second microstrip patch 121, and it is possible to suppress side lobe occurrence of the patch antenna.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 상부에서 바라볼 때, 제1 마이크로스트립 패치(111)는 제2 마이크로스트립 패치(121)의 일부 영역과 중첩되도록 배치될 수 있다. 이 때, 제1 마이크로스트립 패치(111)의 모서리는 제2 마이크로스트립 패치(121)의 모서리와 중첩되도록 배치될 수 있다.1, according to an embodiment of the present invention, when viewed from the top of the microstrip stack patch antenna, the first microstrip patch 111 covers a portion of the second microstrip patch 121, May be arranged to overlap. At this time, the corners of the first microstrip patches 111 may be arranged to overlap the corners of the second microstrip patches 121.

상술한 제1 마이크로스트립 패치(111)와 제2 마이크로스트립 패치(121)의 배치 구조에 따라 제2 마이크로스트립 패치(121)에 유도된 전류에 의해 제1 기판(110)을 향해 방사된 주파수 신호를 이의 모서리와 일부 영역이 중첩되도록 배치된 복수의 제1 마이크로스트립 패치(111)로 커플링 공급되며, 이를 통해 커플링 복사되는 주파수 신호의 대역폭을 넓히는 것이 가능하다.The frequency of the frequency signal radiated toward the first substrate 110 by the current induced in the second microstrip patch 121 according to the arrangement structure of the first microstrip patch 111 and the second microstrip patch 121, Is coupled and supplied to a plurality of first microstrip patches (111) arranged so as to overlap with the edges of the first microstrip patches (111), thereby making it possible to widen the bandwidth of the frequency signal to be coupled through the coupling.

제2 기판(120)의 하부에는 판 형태의 접지층(122)이 구비된다. 이에 따라, 동축 커넥터(140)를 통해 하부로부터 공급되는 주파수 신호가 제1 비아홀(131)을 거치지 않고 제1 마이크로스트립 패치(111) 및/또는 제2 마이크로스트립 패치(121)로 방사되는 등과 같은 간섭 문제를 방지하는 것이 가능하다.And a ground layer 122 in the form of a plate is provided under the second substrate 120. Accordingly, the frequency signal supplied from the lower part through the coaxial connector 140 is radiated to the first microstrip patch 111 and / or the second microstrip patch 121 without passing through the first via hole 131 It is possible to prevent interference problems.

이 때, 제2 기판(120)의 하부에 접지층(122)이 전면적으로 구비되며, 제1 비아홀(131)은 제2 기판(120) 및 제3 기판(130)뿐만 아니라 접지층(122)을 관통하여 제2 마이크로스트립 패치(121)와 제1 급전 패드(133)를 연결하게 된다.In this case, a ground layer 122 is entirely provided on the lower portion of the second substrate 120. The first via hole 131 is formed not only on the second substrate 120 and the third substrate 130 but also on the ground layer 122, The second microstrip patch 121 and the first feeding pad 133 are connected to each other.

접지층(122)의 하부로는 제3 기판(130)이 추가적으로 배치됨에 따라 접지 특성을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.The third substrate 130 is further disposed under the ground layer 122, so that it is possible to further improve the grounding property.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 제1 비아홀(131)은 제2 기판(120) 및 제3 기판(130)을 관통하여 제2 마이크로스트립 패치(121)와 연결되며, 제2 비아홀(134)은 제3 기판(130)을 관통하여 접지층(122)과 접지된다. 이 때, 접지 특성의 향상을 위해 제2 비아홀(134)은 복수로 배치하는 것이 바람직하다.5 to 7, the first via hole 131 is connected to the second microstrip patch 121 through the second substrate 120 and the third substrate 130, and the second via hole 134, Is grounded through the third substrate (130) and the ground layer (122). At this time, it is preferable to arrange a plurality of the second via holes 134 in order to improve the grounding property.

제3 기판의 하부면(130')을 도시한 도 6을 참조하면, 제1 비아홀(131)은 비아 패드(132) 내 배치되며, 비아 패드(132)는 제1 급전 패드(133)와 전기적으로 연결된다. 여기서, 제1 급전 패드(133)는 후술할 동축 커넥터(140)의 제2 급전 패드와 접촉한다. 또한, 소정의 영역에 제2 비아홀(134)이 복수로 배치되며, 제2 비아홀(134)의 주변에 제1 접지 패드(135)가 배치된다. 여기서, 제1 접지 패드(134)는 제2 비아홀(134)을 통해 접지층(122)과 접지됨과 동시에 후술할 동축 커넥터(140)의 제2 접지 패드와 접촉한다.6, the first via hole 131 is disposed in the via pad 132 and the via pad 132 is electrically connected to the first feed pad 133 and the second via hole 132. [ Lt; / RTI > Here, the first feed pad 133 is in contact with the second feed pad of the coaxial connector 140, which will be described later. In addition, a plurality of second via holes 134 are disposed in a predetermined region, and a first ground pad 135 is disposed around the second via hole 134. Here, the first ground pad 134 is grounded via the second via hole 134 to the ground layer 122, and is in contact with the second ground pad of the coaxial connector 140, which will be described later.

도 8은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나(100)에 적용된 동축 커넥터(140)의 상부면을 나타낸 평면도이며, 도 9는 도 8에 도시된 동축 커넥터(140)의 측면도이며, 도 10은 도 8에 도시된 동축 커넥터(140)의 하부면을 나타낸 평면도이다.8 is a plan view showing the upper surface of the coaxial connector 140 applied to the microstrip stack patch antenna 100 shown in Fig. 1, Fig. 9 is a side view of the coaxial connector 140 shown in Fig. 8, Is a plan view showing the lower surface of the coaxial connector 140 shown in Fig.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 동축 커넥터(140)는 몸체(141), 몸체(141)의 중심부에 배치되며, 주파수 신호를 공급하는 동축 케이블(144), 제1 급전 패드(133)와 접촉하는 제2 급전 패드(142) 및 제1 접지 패드(135)와 접촉하는 제2 접지 패드(143)을 포함한다.8 to 10, the coaxial connector 140 includes a body 141, a coaxial cable 144 which is disposed at the center of the body 141 and supplies a frequency signal, a contact 141 which contacts the first feed pad 133, And a second ground pad 143 in contact with the second feed pad 142 and the first ground pad 135.

본 발명에 따르면, 상술한 구조의 동축 커넥터(140)를 제2 마이크로스트립 패치(121)의 하부에 위치시킴으로써 동축 커넥터(140)에 의해 공급되는 주파수 신호가 누설되지 않고 제2 마이크로스트립 패치(121)를 향해 효율적으로 공급될 수 있도록 한다. 또한, 동축 커넥터(140)는 제2 접지 패드(143)를 통해 제3 기판(130)의 하부에 배치된 제1 접지 패드(135)와 접지되며, 제1 접지 패드(135)는 제2 비아홀(134)을 매개로 하여 접지층(122)에 접지됨으로써 접지 특성을 대폭 향상시키는 것이 가능하다는 이점이 있다. 이에 따라, 사이드 로브 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.According to the present invention, by positioning the coaxial connector 140 of the above-described structure below the second microstrip patch 121, the frequency signal supplied by the coaxial connector 140 is not leaked but the second microstrip patch 121 To be supplied efficiently. The coaxial connector 140 is grounded through the second ground pad 143 to the first ground pad 135 disposed at the lower portion of the third substrate 130. The first ground pad 135 is grounded through the second via hole 143, And the grounding layer 122 is grounded via the through-hole 134, thereby remarkably improving the grounding property. As a result, side lobe generation can be effectively suppressed.

도 11은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 광대역 특성(S11 파라미터)를 나타낸 그래프이며, 도 12 및 도 13은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 7.5GHz에서의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 12는 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 상변 또는 하변에서 측정된 방사 패턴이며, 도 13은 도 1에 도시된 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 좌변 또는 우변에서 측정된 방사 패턴이다.FIG. 11 is a graph showing a broadband characteristic (S11 parameter) of the microstrip stack patch antenna shown in FIG. 1, and FIGS. 12 and 13 show radiation patterns at 7.5 GHz of the microstrip stack patch antenna shown in FIG. Graph. 12 is a radiation pattern measured at the upper side or the lower side of the microstrip stack patch antenna shown in FIG. 1, and FIG. 13 is a radiation pattern measured at the left side or right side of the microstrip stack patch antenna shown in FIG.

도 11을 참조하면, 약 6.87GHz 내지 약 8.63GHz 범위, 약 1.76GHz의 주파수 대역을 가지고 있는 바, 제1 마이크로스트립 패치(111)와 제2 마이크로스트립 패치(121)의 간접 급전 방식 및 제3 기판(130)의 후면에 배치된 동축 커넥터(140)를 이용한 급전 방식을 통해 광대역 특성이 확보된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, it has a frequency band of about 1.76 GHz, in a range of about 6.87 GHz to about 8.63 GHz, and the indirect feeding method of the first microstrip patch 111 and the second microstrip patch 121, It can be confirmed that the wideband characteristic is ensured through the power feeding method using the coaxial connector 140 disposed on the rear surface of the substrate 130.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나는 고조파 성분이 다시 안테나를 통해 재방사됨에 따라 발생할 수 있는 제2 고조파를 차단하기 위한 고조파 차단 필터를 적용하지 않음에도 불구하고 약 6.87GHz 내지 약 8.63GHz 범위 외의 주파수 대역에서 고조파가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.In addition, although the microstrip stack patch antenna according to an embodiment of the present invention does not apply a harmonic cutoff filter for blocking second harmonics that may occur as a harmonic component is again radiated through the antenna, It can be confirmed that harmonics do not occur in the frequency band outside the range of about 8.63 GHz to about 8.63 GHz.

도 12 및 도 13를 참조하면, 방사되는 신호 강도(Main lobe magnitude)뿐만 아니라 사이드 로브 수준은 -20dB 이하로서 사이드 로드 발생이 상당히 억제된 것을 확인할 수 있다. 또한, 방사각(Angular width) 역시 77.3 deg 및 65.0 deg로서 상당히 우수한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 12 and 13, it can be seen that the sidelobe level as well as the radiated signal intensity (Main lobe magnitude) is -20 dB or less, which significantly suppresses side rod generation. In addition, the angular width is also excellent at 77.3 deg and 65.0 deg.

도 14 내지 도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 마이크로스트립 스택 패치 안테나의 상부면을 투과도로서 나타낸 것이다.14-17 illustrate the top view of the microstrip stack patch antenna according to various embodiments of the present invention in terms of transmittance.

도 14 및 도 17을 참조하면, 제2 기판(120)의 상부에는 제2 마이크로스트립 패치(121)와 이격되도록 배치된 적어도 하나의 기생 패치(123)가 추가적으로 배치될 수 있다.14 and 17, at least one parasitic patch 123 disposed to be spaced apart from the second microstrip patch 121 may be additionally disposed on the second substrate 120.

기생 패치(123)는 제2 마이크로스트립 패치(121)과 동일한 동박 등의 도전성 재질을 적절한 형상으로 제작하여 부착할 수 있다.The parasitic patch 123 may be made of a conductive material, such as a copper foil, the same as that of the second microstrip patch 121, and may be attached in a suitable shape.

기생 패치(123)는 제2 마이크로스트립 패치(121)와는 달리 제2 급전 선로(202)로부터 주파수 신호를 직접 인가받지 않는 대신 제2 마이크로스트립 패치(121)로부터 방사되는 주파수 신호를 간접 급전 방식으로 커플링 공급받도록 구성된다.Unlike the second microstrip patch 121, the parasitic patch 123 does not directly receive a frequency signal from the second feeder line 202, but instead converts the frequency signal radiated from the second microstrip patch 121 into an indirect feed And is supplied with a coupling.

주파수 신호를 커플링 공급받은 기생 패치(123)는 제2 마이크로스트립 패치(121)와 유사하게 상부를 향해 주파수 신호를 재방사시키며 이에 따라 제1 마이크로스트립 패치(111)로 인가되는 주파수 신호의 대역폭을 넓히는 역할을 수행한다.The parasitic patch 123 to which the frequency signal is coupled couples the frequency signal to the upper portion similarly to the second microstrip patch 121, and thus the bandwidth of the frequency signal applied to the first microstrip patch 111 As shown in FIG.

또한, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 제2 마이크로스트립 패치(121)의 모서리는 서로 인접한 두 변을 연결하는 사선 형태를 가지며, 이에 따라 제2 마이크로스트립 패치(121)는 팔각형 형태를 가질 수 있다.16 and 17, the corners of the second microstrip patches 121 have an oblique shape connecting two adjacent sides, so that the second microstrip patches 121 have an octagonal shape Lt; / RTI >

제2 마이크로스트립 패치(121)의 모서리의 형태를 도 7a 및 도 7b와 같이 변형함에 따라 안테나의 광대역 특성인 밴드 폭(band width)를 더욱 증가시키는 것이 가능하다.7A and 7B, it is possible to further increase the band width, which is the broadband characteristic of the antenna, by modifying the shape of the edge of the second microstrip patch 121 as shown in FIGS.

아울러, 도 15 및 도 17에 도시된 바와 같이, 마이크로스트립 스택 패치 안테나(100)를 상부에서 바라볼 때 제2 마이크로스트립 패치(121)의 모서리는 제1 마이크로스트립 패치(111)와 중첩되지 않도록 배치하는 것 역시 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.15 and 17, when the microstrip patch antenna 100 is viewed from the top, the edges of the second microstrip patch 121 are not overlapped with the first microstrip patch 111 It will be appreciated that placement is also within the scope of the present invention.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 몸체된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. 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 by the appended claims.

Claims

A first substrate on which a plurality of first microstrip patches are arranged on an upper surface;
A second substrate positioned below the first substrate and having a second microstrip patch disposed on the upper surface thereof and a ground layer disposed on the lower surface thereof;
A third substrate disposed on a lower surface of the second substrate and having a first feed pad for receiving a frequency signal from the outside on a lower surface thereof; And
A first via hole passing through the second substrate and the third substrate to connect the second microstrip patch and the feed pad;
/ RTI >
Wherein the second microstrip patch radiates a frequency signal applied through the first via hole from the feeding pad and couples and supplies the frequency signal to the first microstrip patch,
Microstrip stack patch antenna.

The method according to claim 1,
And a first ground pad disposed on a lower surface of the third substrate,
Wherein the first ground pad is grounded via the second via hole to the ground layer,
Microstrip stack patch antenna.

3. The method of claim 2,
And a coaxial connector for supplying a frequency signal to the first feeding pad is connected,
Microstrip stack patch antenna.

The method of claim 3,
Wherein the coaxial connector comprises:
A coaxial cable for supplying a frequency signal;
A second feed pad contacting the first feed pad; And
And a second ground pad in contact with the first ground pad.
Microstrip stack patch antenna.

The method according to claim 1,
When viewed from the top of the microstrip stack patch antenna,
Wherein the first microstrip patch is arranged to overlap with a part of the area of the second microstrip patch,
Microstrip stack patch antenna.

6. The method of claim 5,
When viewed from the top of the microstrip stack patch antenna,
Wherein edges of the first microstrip patches are arranged to overlap with edges of the second microstrip patches,
Microstrip stack patch antenna.

The method according to claim 6,
Wherein the edge of the second microstrip patch has an oblique shape connecting two adjacent sides,
Microstrip stack patch antenna.

The method according to claim 1,
When viewed from the top of the microstrip stack patch antenna,
The first microstrip patch disposed on an upper surface of the first substrate is provided at an edge of a virtual quadrangle to form a ten-
And the second microstrip patch disposed on the upper surface of the second substrate is provided on the second substrate so as to face the spaced apart cruciform space,
Microstrip stack patch antenna.

The method according to claim 1,
And at least one parasitic patch disposed on an upper surface of the second substrate so as to be spaced apart from the second microstrip patch,
Wherein the parasitic patch includes a first microstrip patch and a second microstrip patch,
Microstrip stack patch antenna.

10. The method of claim 9,
When viewed from the top of the microstrip stack patch antenna,
Said parasitic patch being disposed between two adjacent first microstrip patches,
Microstrip stack patch antenna.