KR100726025B1 - Vehicle-mounted microstrip patch antenna for receiving satellite digital multimedia broadcasting signal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 위성 디엠비용 차량 탑재 안테나에 관한 것으로서, 정방형 금속평면형태의 패치(110); 상기 패치의 밑면에 정방형의 띠 형상으로 모서리 부분이 개방되어 소정의 간격으로 이격되어 부착되는 다수의 플레이트(120); 상기 패치와 전기적으로 연결되는 정방형의 접지판(130); 및 상기 패치와 상기 플레이트 사이에 충전되는 유전체(140); 로 구성된다.The present invention relates to a satellite DMV onboard antenna, comprising: a patch (110) in the form of a square metal plane; A plurality of plates (120) attached to the bottom surface of the patch in a square strip shape, the corner portions of which are spaced apart at predetermined intervals; A square ground plate 130 electrically connected to the patch; And a dielectric 140 filled between the patch and the plate. It consists of.
본 발명에 따르면, 차량위치와 기동 자세에 관계없이 위성신호 수신이 가능한 빔 패턴을 이용하여 신호의 단절 없이 수신 가능한 위성 디엠비(DMB)용 차량 탑재 안테나를 제공할 수 있다.According to the present invention, a vehicle-mounted antenna for satellite DMB (DMB) can be provided using a beam pattern capable of receiving a satellite signal regardless of the vehicle position and the starting position.
마이크로스트립, 안테나, 유전체, DMB, 차량 Microstrip, Antenna, Dielectric, DMB, Vehicle
Description
도 1 은 역우산형 방사 패턴 특성을 갖는 차량 탑재 위성 디엠비(DMB) 안테나를 나타내는 도면.1 is an illustration of an onboard satellite DMB antenna having inverse umbrella radiation pattern characteristics.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 정방형 1 파장 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 도면.Figure 2a is a diagram showing the structure of a square one-wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 정방형 1 파장 마이크로스트립 안테나를 이용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프.Figure 2b is a graph showing the return loss measured by using a square one-wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 정방형 1 파장 마이크로스트립 안테나를 이용하여 측정한 방사 패턴을 나타내는 그래프.Figure 2c is a graph showing a radiation pattern measured using a square 1 wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 1 파장 마이크로스트립 안테나에 있어서 원형상으로 구성되는 플레이트가 부착된 안테나를 나타내는 도면.3 is a view showing an antenna with a plate configured in a circular shape in a one-wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 1 파장 마이크로스트립 안테나에 있어서 폴디드형상으로 구성되는 패치를 나타내는 도면.4 is a view showing a patch configured in a folded shape in a one-wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
도 5a 는 플레이트를 부착시킨 1 파장 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 도면.5A is a diagram showing the structure of a one-wavelength microstrip antenna with a plate attached thereto.
도 5b 는 플레이트를 부착시킨 1 파장 마이크로스트립 안테나를 이용하여 측 정한 반사손실을 나타내는 그래프.FIG. 5B is a graph showing return loss measured using a one-wavelength microstrip antenna with a plate; FIG.
도 6a 는 플레이트를 이용한 1/2 파장 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 도면.6A is a diagram showing the structure of a 1/2 wavelength microstrip antenna using a plate;
도 6b 는 플레이트를 이용한 1/2 파장 마이크로스트립 안테나의 공진주파수 변화를 나타내는 그래프.6B is a graph showing a change in resonant frequency of a 1/2 wavelength microstrip antenna using a plate;
도 7 은 소형화된 1 파장 마이크로스트립 안테나에 있어서 가시길이 변화에 대한 E-면 방사 패턴을 나타내는 그래프.FIG. 7 is a graph showing the E-plane radiation pattern for change in visible length for a miniaturized one wavelength microstrip antenna. FIG.
도 8a 및 도 8b 는 반사판 측면 길이 변화에 대한 방사 패턴을 나타내는 그래프.8A and 8B are graphs showing radiation patterns for changes in reflector side lengths.
도 9a 는 비교예의 구조를 나타내는 도면.9A is a diagram showing a structure of a comparative example.
도 9b 는 비교예를 이용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프.9B is a graph showing return loss measured using a comparative example.
도 9c 는 비교예를 이용하여 측정한 방사 패턴을 나타내는 그래프.9C is a graph showing a radiation pattern measured using a comparative example.
본 발명은 위성 디엠비(DMB)용 차량 탑재 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 위성 수신용으로 사용시 차량 이동에 무관하게 위성 방향으로 역우산형의 방사 패턴을 갖는 위성 디엠비(DMB)용 차량 탑재 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an in-vehicle antenna for satellite DMB, and more particularly, to an in-vehicle antenna for satellite DMB having an inverse umbrella type radiation pattern in a satellite direction regardless of vehicle movement when used for satellite reception. It is about.
종래, 차량 탑재 안테나와 관련해서는 대한민국 공개특허(제2003-0070576호, 차량의 위성 방송 수신 안테나)(이하, "선행특허"라 한다.) 이외에 다수 출원 및 등록된 상태이다. In the related art, a number of applications have been filed and registered in addition to Korean Patent Application Publication No. 2003-0070576 (hereinafter referred to as "prior patent") with respect to a vehicle-mounted antenna.
상기 선행특허는 차량의 위성 방송 수신용 안테나에 있어서, 제 1 유전체의 하면과 제 1 폼의 상면 사이에서 상기 제 1 유전체의 하면에 결합되는 급전선과; 개구부를 갖고 상기 제 1 유전체의 상면과 제 2 유전체의 하면 사이에 결합되는 접지 도체부와; 상기 제 2 유전체의 상면과 제 2 폼의 하면 사이에서 상기 제 2 유전체의 상면에 결합되며, 상기 급전선과 전기적으로 회로 연결되는 패치부와; 상기 제 2 폼의 상면에 결합되는 제 3 유전체; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The above patent discloses an antenna for satellite broadcasting reception of a vehicle, comprising: a feed line coupled to a lower surface of the first dielectric between a lower surface of the first dielectric and an upper surface of the first form; A ground conductor portion having an opening coupled between an upper surface of the first dielectric and a lower surface of the second dielectric; A patch portion coupled to an upper surface of the second dielectric between the upper surface of the second dielectric and the lower surface of the second foam and electrically connected to the feed line; A third dielectric coupled to the top surface of the second foam; Characterized in that it comprises a.
그러나, 상기 선행특허는 위성 수신용으로 사용되는 경우, 위성방향으로 빔이 집중되지 않아 위성 신호를 단절 없이 수신하지 못하기 때문에, 고화질의 방송서비스를 제공하지 못하는 문제점이 있었다.However, when the prior patent is used for satellite reception, there is a problem in that it cannot provide a high quality broadcast service because the beam is not concentrated in the satellite direction and thus the satellite signal cannot be received without disconnection.
그리고, 상기 선행특허는 기지국 중계기용으로 사용되는 경우, 중계기 안테나 하단에서 발생되는 전자파를 최소화하지 못하여 인체 및 환경에 나쁜 영향을 주기 때문에, 기지국 중계기용에 부적합하다는 문제점도 있다.In addition, when the prior patent is used for the base station repeater, it is not suitable for the base station repeater because it does not minimize the electromagnetic waves generated at the bottom of the repeater antenna and adversely affect the human body and the environment.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로스트립 패치 안테나의 방사 특성을 이용하여 방위각 방향으로 무지향성 방사 패턴 특성을 갖고, 위성 수신용으로 사용되는 경우 위성 방향인 일정 앙각(仰角, Elevation angle) 방향으로 빔이 집중되고, 안테나를 역으로 위치시켜 기지국 중계기용으로 사용되는 경 우 기지국 중계기 안테나 중심 하(下) 방향으로 수신 불가능 점(Null Point)을 갖도록 하여 지면으로부터의 반사를 최소화할 뿐만 아니라, 중계기 근처에서 전자파 영향을 최소화시킬 수 있는 역우산형 방사 패턴을 갖는 위성 디엠비(DMB)용 차량 안테나를 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, by using the radiation characteristics of the microstrip patch antenna has a non-directional radiation pattern characteristic in the azimuth direction, when used for satellite reception a certain elevation angle (위성, Elevation angle) When the beam is concentrated in the direction and the antenna is reversed to be used for the base station repeater, the base station repeater has a null point below the center of the antenna to minimize the reflection from the ground. Another object of the present invention is to provide a vehicle antenna for a satellite DMB (DMB) having an inverse umbrella radiation pattern capable of minimizing an electromagnetic wave effect near a repeater.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 정방형 1 파장 마이크로스트립 안테나(100)에 있어서, 정방형 금속평면형태의 패치(110); 상기 패치의 밑면에 정방형의 띠 형상으로 모서리 부분이 개방되어 소정의 간격으로 이격되어 부착되는 다수의 플레이트(120); 상기 패치와 전기적으로 연결되는 정방형의 접지판(130); 및 상기 패치와 상기 플레이트 사이에 충전되는 유전체(140); 를 포함한다. In accordance with one aspect of the present invention, a square 1 wavelength microstrip antenna (100) includes: a patch (110) in the form of a square metal plane; A plurality of plates (120) attached to the bottom surface of the patch in a square strip shape, the corner portions of which are spaced apart at predetermined intervals; A
바람직하게 상기 패치 밑면에 동일한 간격으로 이격된 상태에서 직각으로 부착되는 상기 플레이트의 개수의 증감을 통해 공진주파수와 안테나 가시길이가 조절되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the resonant frequency and the antenna visible length are controlled by increasing or decreasing the number of the plates attached at right angles in a state spaced at the same distance from the bottom surface of the patch.
또한 바람직하게 상기 패치와 접지판은 1 점 급전 방식을 이용하여 연결되되, 결합수단(B)을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the patch and the ground plate is preferably connected using a one-point feeding method, it is characterized in that it is electrically connected through the coupling means (B).
또한 바람직하게 상기 유전체는, 상기 플레이트와 접지판이 전기적으로 연결되지 않도록 하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the dielectric is characterized in that to perform the function of preventing the plate and the ground plate electrically connected.
또한 바람직하게 상기 플레이트와 접지판은 소정의 간격으로 이격된 상태인 것을 특징으로 한다.In addition, the plate and the ground plate is characterized in that the spaced apart at a predetermined interval.
또한 바람직하게 상기 유전체의 유전율 증감에 따라 상기 플레이트의 개수 또는 길이를 조절함으로써 소형화가 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, miniaturization is made by adjusting the number or length of the plates according to the increase and decrease of the dielectric constant of the dielectric.
또한 바람직하게 상기 플레이트는, 개방되어 있는 모서리 부분이 급전점(A)에 가까워질수록 작아지며, 장방형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the plate is preferably smaller as the open edge portion closer to the feed point (A), characterized in that configured in a rectangular shape.
또한 바람직하게 상기 패치는, 원형, 폴디드형상 또는 유전율 조절에 의한 평면형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the patch is preferably characterized in that the circular, folded shape or a planar shape by adjusting the dielectric constant.
그리고 바람직하게 상기 패치 및 플레이트는 금속 재질인 것을 특징으로 한다.And preferably the patch and plate is characterized in that the metal material.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다. Before describing the present invention in detail, it should be noted that the detailed description of known functions and configurations related to the present invention is omitted if it is determined that the gist of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. .
본 발명의 일실시예에 따른 정방형(가시길이 0.7λ×0.7λ) 1 파장 마이크로스트립 안테나(Rectangular Microstrip Antenna)를 이용한 위성 디엠비(DMB; Digital Multimedia Broadcasting) 용 차량 탑재 안테나의 구조 및 특징에 관해 도 1 내지 도 2c 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. A structure and features of a vehicle-mounted antenna for satellite multimedia broadcasting (DMB) using a square (length 0.7λ × 0.7λ) one-wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention. A description with reference to 1 to 2c as follows.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 역우산형 방사 패턴 특성을 갖는 차량 탑재 위성 디엠비(DMB) 안테나를 나타내는 도면이고, 도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 정방형 1 파장 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 정방형 1 파장 마이크로스트립 안테나를 이용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이며, 도 2c 는 본 발명의 일실시예에 따른 정방형 1 파장 마이크로스트립 안테나를 이용하여 측정한 방사 패턴을 나타내는 그래프이고, 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 1 파장 마이크로스트립 안테나에 있어서 원형상으로 구성되는 플레이트가 부착된 안테나를 나타내는 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 1 파장 마이크로스트립 안테나에 있어서 폴디드형상으로 구성되는 패치를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a vehicle-mounted satellite DMB (DMB) antenna having an inverse umbrella radiation pattern characteristic according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a square 1 wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention 2B is a graph showing a return loss measured by using a square 1 wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2C is a square 1 wavelength micro wave according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph illustrating a radiation pattern measured using a strip antenna. FIG. 3 is a diagram illustrating an antenna with a plate formed in a circular shape in a one-wavelength microstrip antenna according to an embodiment of the present invention. In the one-wavelength microstrip antenna according to the embodiment of the present invention, a patch having a folded shape is shown. It is a view.
상기 도 2a 에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 정방형 1 파장 마이크로스트립 안테나(100)는 패치(110), 다수의 플레이트(120), 접지판(130) 및 유전체(140)를 포함한다.As shown in FIG. 2A, the square 1-
상기 패치(110)는 정방형(正方形)의 금속 평판으로서, 본 실시예에서는 그 폭(W1) × 길이(L1) 를 각각 73mm 로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되지 않으며, 또한 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 원형 또는 폴디드형상과, 유전율 조절에 의한 평면형상 등으로 구성될 수 있다. The
또한, 상기 다수의 플레이트(120)는 각각 금속 재질로써, 상기 패치(110)의 밑면에 동일한 간격으로 정방형의 띠 형상으로서 그 모서리 부분이 소정 개방되되, 개방 부분은 급전점(A)에 가까워질수록 작아지도록 구성된다. 본 실시예에서 상기 플레이트(120)는 장방형상이고, 그 개수가 상기 정방형 패치(110)의 각 면당 6개이며, 그 폭(L2)이 8mm 의 크기로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니 다. In addition, each of the plurality of
또한, 상기 접지판(130)은 금속 평판으로써, 상기 패치(110)와 전기적으로 연결되어 통상의 접지 기능을 수행한다. 더욱 구체적으로, 상기 접지판(130)은 상기 도 2a 도시된 바와 같은 도전정 재질의 결합수단(B)을 통해 상기 패치(110)와 이른바, 1 점 급전(給電, Feeding) 방식으로 연결되어 있다. In addition, the
그리고, 상기 유전체(140)는 패치(110)와 다수의 플레이트(120) 사이에 충전(充塡)되며, 상기 플레이트(120)가 원형을 유지할 수 있도록 하고, 플레이트(120)가 접지판(130)과 전기적으로 연결되지 않도록 지지하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 플레이트(120)는 상기 패치(110)와 전기적으로 결합된 상태이며, 본 실시예에서 상기 유전체(140)의 폭(W1) × 높이(H1) 를 73mm × 9mm, 유전율(εr)을 1.06으로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the dielectric 140 is filled between the
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 중심주파수가 2.6425GHz 으로 설계된 플레이트를 부착한 정방향 1 파장 마이크로스트립 안테나의 물성 측정 결과에 관하여 도 2b 내지 도 2c 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The measurement results of the properties of the forward 1 wavelength microstrip antenna with a plate having a center frequency of 2.6425 GHz according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. 2B to 2C.
상기 도 2b 에 도시된 바와 같이, 반사손실은 -12dB이고, -10dB 대역폭은 78.8MHz(3%)으로 나타내었다. 참고적으로, 이러한 특성을 이용하여 플레이트를 부착한 정방향 1 파장 마이크로스트립 안테나에 있어서, 상기 도 2c 에 도시된 바와 같이, x-y 평면(Plane)으로 0˚에서 180°까지 45˚간격으로 변화시킨 후 방사 패턴을 살펴보면, 하기의 표 1 에 나타난 바와 같이, 즉, 0˚일 때 이득이 dipole 안 테나를 기준으로 1.32dBd이고, 앙각(Elevation angle)이 51˚이며, HPBW (Half Power Beam Width)가 56˚으로 나타난다.As shown in FIG. 2B, the return loss is -12 dB, and the -10 dB bandwidth is 78.8 MHz (3%). For reference, in the
따라서, 플레이트를 부착한 정방향 마이크로스트립 안테나는 가시길이가 0.7λ로 소형화되어 방위각 φ 가 0˚일 때 이득이 dipole 안테나를 기준으로 1.32dBd이고, 주빔의 앙각(Elevation angle)이 51˚이며, HPBW (Half Power Beam Width)가 56˚으로 나타나므로 위성 디엠비(DMB)용 차량 탑재 안테나로 적합하다 할 수 있다. Therefore, the plate-mounted forward microstrip antenna is miniaturized to 0.7λ of visible length, and the gain is 1.32dBd relative to the dipole antenna when the azimuth angle φ is 0˚, the elevation angle of the main beam is 51˚, and the HPBW Since half power beam width is 56 °, it can be suitable as an onboard antenna for satellite DMB.
또한, 앙각(Elevation angle)이 42˚~ 43˚일 때, 이득이 평균 0.65dBd ±0.4dB의 편차를 갖는 안정된 역우산형 패턴 특성을 유지하고 있다.In addition, when the elevation angle is 42 ° to 43 °, the gain maintains stable inverse umbrella pattern characteristics with a deviation of 0.65 dBd ± 0.4 dB on average.
이하에서는, 상술한 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나의 구체적이고 특징적인 장점에 대해서는 하기의 실험예 및 이에 따른 도면들을 참조하여 설명한다.Hereinafter, specific and characteristic advantages of the microstrip antenna according to the present invention described above will be described with reference to the following experimental examples and the accompanying drawings.
[실험예]Experimental Example
전술한 바와 같이 마이크로스트립 안테나에 관한 실험예의 물성을 도 5a 내지 도 8b 를 참조하여 살펴본다.As described above, the physical properties of the experimental example of the microstrip antenna will be described with reference to FIGS. 5A to 8B.
도 5a 는 플레이트를 부착시킨 1 파장 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5b 는 플레이트를 부착시킨 1 파장 마이크로스트립 안테나를 이용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이고, 도 6a 는 플레이트를 이용한 1/2 파장 마이크로스트립 안테나의 구조를 나타내는 도면이고, 도 6b 는 플레이트를 이용한 1/2 파장 마이크로스트립 안테나의 공진주파수 변화를 나타내는 그래프이고, 도 7 은 소형화된 1 파장 마이크로스트립 안테나에 있어서 가시길이 변화에 대한 E-면 방사 패턴을 나타내는 그래프이고, 도 8a 및 도 8b 는 반사판 측면 길이 변화에 대한 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.FIG. 5A is a diagram showing the structure of a one-wavelength microstrip antenna with a plate attached thereto, and FIG. 5B is a graph showing the return loss measured using a one-wavelength microstrip antenna with a plate attached thereto, and FIG. FIG. 6B is a graph showing a change in resonant frequency of a 1/2 wavelength microstrip antenna using a plate, and FIG. 7 is a change in visible length in a miniaturized 1 wavelength microstrip antenna. 8A and 8B are graphs showing radiation patterns for changes in reflector side lengths.
상기 도 5a 에 도시된 바와 같이 플레이트를 부착시킨 1 파장 마이크로스트립 안테나는 장방형(長方形) 상의 금속 패치, 다수의 플레이트, 1 점 급전(Feeding) 방식으로 연결된 접지판 및 유전체로 구성되어 있다. As shown in FIG. 5A, a one-wavelength microstrip antenna having a plate attached thereto is composed of a rectangular metal patch, a plurality of plates, a ground plate connected by a one-point feeding method, and a dielectric.
상술한 구성을 가지는 중심주파수가 2.6425GHz, 패치의 크기가 폭(W2) × 길이(L3) 를 50mm × 52mm, 폭(W2) × 길이(L5) 가 50mm × 8mm 를 플레이트의 크기로 설정하고, 접지판은 폭(W3) × 길이(L4) 를 300mm × 300mm 의 정방형(正方形)으로 설정하였다. 그리고 유전체는 폭(W2) × 높이(H2) 를 50mm × 9mm, 유전율(εr)을 1.06으로 설계된 플레이트를 부착시킨 1 파장 마이크로스트립 패치 안테나의 물성 측정결과에 관하여 도 5b 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The center frequency having the above-described configuration is 2.6425 GHz, and the patch size is 50 mm × 52 mm in width (W 2 ) × length (L 3 ) and 50 mm × 8 mm in width (W 2 ) × length (L 5 ) The ground plate was set to a square having a width (W 3 ) x length (L 4 ) of 300 mm × 300 mm. The dielectric properties of the one-wavelength microstrip patch antenna with a plate designed with a width (W 2 ) × height (H 2 ) of 50 mm × 9 mm and a dielectric constant (ε r ) of 1.06 will be described with reference to FIG. 5B. Is as follows.
상기 플레이트를 부착시킨 1 파장 마이크로스트립 안테나는 상기 패치 밑면에 9개의 플레이트를 동일한 간격으로 이격된 상태에서 직각으로 부착시킨 경우, 가시길이가 0.5λ 일 때, 상기 플레이트를 부착시킨 1 파장 마이크로스트립 안테나의 소형화가 가능하고, 두 개의 주빔 사이의 각도가 가장 크게 나타난다.The one-wavelength microstrip antenna to which the plate is attached is a one-wavelength microstrip antenna to which the plate is attached when the visible length is 0.5λ when nine plates are attached at right angles to the bottom surface of the patch at equal intervals. It is possible to miniaturize and the angle between the two main beams is greatest.
이때, 반사손실은 -27.9dB 이고, 이득은 dipole 안테나를 기준으로 7.69dBd의 이득을 가지며, 한 개의 주빔의 HPBW (Half Power Beam Width: 반전력 빔폭)이 48˚이고, 두 주빔 사이의 각도가 106˚이며, 앙각(Elevation angle)이 56˚를 나타낸다.In this case, the return loss is -27.9dB, the gain has a gain of 7.69dBd based on the dipole antenna, the HPBW (Half Power Beam Width) of one main beam is 48˚, and the angle between the two main beams is 106 degrees, and an elevation angle represents 56 degrees.
한편, 상기 패치와 접지면 사이의 빈공간을 유전체로 충전하는 경우, 유전율이 증가하면 플레이트의 개수 또는 길이를 감소시키고, 반면, 유전율이 감소하면 플레이트의 개수 또는 길이를 증가시켜 안테나의 소형화가 가능하다. 즉, 유전체에 대한 유전율 증감에 따라 상기 플레이트의 개수 또는 길이를 조절하여 안테나의 소형화를 실현할 수 있다.On the other hand, when filling the void space between the patch and the ground plane with a dielectric material, increasing the dielectric constant reduces the number or length of the plate, while decreasing the dielectric constant can be miniaturized by increasing the number or length of the plate Do. That is, miniaturization of the antenna can be realized by adjusting the number or length of the plates according to the increase and decrease of the dielectric constant.
참고적으로, 마이크로스트립 안테나의 전체적인 외곽을 정사각형으로 제한한 이유는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나가, 패치면의 가로와 세로의 길이 차에 의해서가 아닌 플레이트의 개수 증감을 통해 역우산형의 방사 패턴을 갖도록 구현되기 때문이다.For reference, the reason for limiting the overall outline of the microstrip antenna to the square is that the microstrip antenna according to the embodiment of the present invention is a reverse umbrella by increasing or decreasing the number of plates rather than by the difference in the length and width of the patch surface. It is because it is implemented to have a radiation pattern of the type.
이하, 플레이트를 이용한 1/2 파장 마이크로스트립 안테나의 구조 및 특성에 대하여 도 6a 및 도 6b 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the structure and characteristics of the 1/2 wavelength microstrip antenna using the plate will be described with reference to FIGS. 6A and 6B.
상기 도 6a 에 도시된 바와 같이, 플레이트를 이용한 1/2 파장 마이크로스트립 안테나는 그 중심주파수가 2.6425GHz, 패치의 폭(W4) × 길이(L6) 가 90mm × 81.5mm, 그리고 유전율(εr)이 1.06인 유전체가 90mm 의 폭(W4)과 9mm 의 높이(H3)로 설정되어 있다.As shown in FIG. 6A, a half-wavelength microstrip antenna using a plate has a center frequency of 2.6425 GHz, a patch width (W 4 ) × length (L 6 ) of 90 mm × 81.5 mm, and a dielectric constant (ε). The dielectric with r ) is 1.06 is set to a width W 4 of 90 mm and a height H 3 of 9 mm.
상술한 구성으로 이루어진 1/2 파장 마이크로스트립 안테나는 도 6b 에 도시된 바와 같이, 부착되는 플레이트의 개수에 따라 공진 주파수가 변동된다. 더욱 상세하게, 상기 플레이트의 개수가 증가할수록 섭동(攝動, perturbation) 효과와 전류 경로가 증가 되고, 그 공진 주파수가 하향 된다. 이에 따라 방사 개구면과의 거리를 좁혀 안테나의 소형화가 가능하며, 결과적으로 1 파장 마이크로스트립 안테나에 상기 효과를 적용시킬 경우, 디엠비(DMB) 위성을 향한 주빔의 앙각(Elevation angle)을 예측할 수 있다.In the 1/2 wavelength microstrip antenna having the above-described configuration, as shown in FIG. 6B, the resonant frequency is varied according to the number of plates to be attached. More specifically, as the number of plates increases, the perturbation effect and the current path increase, and the resonance frequency thereof decreases. Accordingly, the antenna can be miniaturized by narrowing the distance from the radiation aperture, and consequently, when the effect is applied to the one-wavelength microstrip antenna, the elevation angle of the main beam toward the DMB satellite can be predicted. .
이와 동일하게, 전술한 상기 1 파장 마이크로스트립 안테나의 플레이트를 2, 4, 6, 7 및 9개로 증가시켜 가시길이(L3)를 0.9λ 에서 0.5λ 까지 0.1λ 씩 감소시켰을 때, 상기 도 7 에 도시된 바와 같이, 가시길이(L3)가 줄어들수록 두 개의 주빔 사이의 각도가 63˚ 에서 106˚ 까지 넓어지는 것을 확인할 수 있다.Similarly, when the plate length of the above-mentioned one-wavelength microstrip antenna is increased to 2, 4, 6, 7, and 9, the visible length L 3 is decreased by 0.1λ from 0.9 to 0.5λ, FIG. 7. As shown in FIG. 2, the angle between the two main beams increases from 63 ° to 106 ° as the visible length L 3 decreases.
또한, 상기 도 8a 및 도 8b 에 도시된 바와 같이, 안테나를 역으로 위치시켜 우산형 패턴을 중계기용으로 사용할 때에는 두 개의 주빔 각 사이의 각도가 커야하므로, 1 파장 마이크로스트립 안테나를 소형화하기 위해 플레이트를 이용하여 가시길이(L3)가 0.5λ 가 되도록 설정한다. 다음, 주빔의 앙각(Elevation angle)을 크게 하기 위하여 접지판의 크기를 변화시키는데, 즉, 방사개구에서의 프린징 영역의 변화가 상대적으로 크기 때문에 주빔 각도를 변화시키고자할 때 적절하게 접지판 크기를 조절하면 다소 유리하다.In addition, as shown in FIGS. 8A and 8B, when the antenna is used to reverse the position and the umbrella pattern is used for the repeater, the angle between the two main beam angles must be large. Set the visible length (L 3 ) to be 0.5λ by using. Next, the size of the ground plane is changed to increase the elevation angle of the main beam, that is, the ground plane size is appropriate when changing the main beam angle because the change of the fringing area at the radiation opening is relatively large. Adjusting is somewhat advantageous.
따라서 안테나 방사개구로부터 접지판 끝까지의 거리(ㅿW)를 120mm 에서 0mm 까지 10mm 씩 각각 감소시켰을 때, 주빔의 앙각(Elevation angle)은 최소 37˚에서 최대 90˚까지 변화하였다. Therefore, when the distance (ㅿ W) from the radiating aperture of the antenna to the tip of the ground plate was decreased by 10mm from 120mm to 0mm, the elevation angle of the main beam was changed from 37 ° to 90 °.
상기 방사개구부터 접지판 끝까지의 거리, 즉, ㅿW 는 하기의 수학식을 참조하여 살펴보면, 다음과 같다.The distance from the radiation opening to the end of the ground plate, that is, ㅿ W will be described with reference to the following equation.
[수학식][Equation]
더욱 상세하게, 상기 1 파장 마이크로스트립 안테나의 방사개구로부터 접지판 끝까지의 거리(ㅿW)가 0mm 일 때는 빔이 상하 대칭이 되어 수평 방향으로 최대가 되지만, 이득은 낮아진다. 또한, ㅿW가 10mm 이하일 때부터 주빔 각도 변화가 크게 나타났으며, ㅿW가 10mm 에서 20mm 까지는 주빔의 앙각(Elevation angle)의 변화가 거의 없었다. More specifically, when the distance (ㅿ W) from the radiation aperture of the one-wavelength microstrip antenna to the end of the ground plate is 0 mm, the beam becomes vertically symmetrical to maximize in the horizontal direction, but the gain is lowered. In addition, the change of main beam angle was large when ㅿ W was 10 mm or less, and there was little change in elevation angle of main beam from ㅿ W from 10 mm to 20 mm.
상술한 바와 같이 본 발명의 위성 디엠비(DMB) 수신용 안테나는 위성 방향의 앙각(Elevation angle)이 42˚∼ 43˚이므로, 상기 1 파장 마이크로스트립 안테나의 가시길이를 0.7λ 로 설정하면, 이득이 7.96dBd이고, HPBW (Half Power Beam Width)가 48˚으로 차량의 진동에 의한 앙각(Elevation angle)의 변화에 충분히 안정된 수신 레벨을 유지할 수 있다. As described above, the antenna for satellite DMB reception according to the present invention has an elevation angle of 42 ° to 43 ° in the satellite direction. Therefore, when the visible length of the 1-wavelength microstrip antenna is set to 0.7λ, the gain is increased. It is 7.96dBd and the HPBW (Half Power Beam Width) is 48 °, so it is possible to maintain a reception level stable enough to change the elevation angle caused by the vibration of the vehicle.
이하에서는, 상술한 본 발명에 따른 1 파장 마이크로스트립 안테나와 비교되는 비교예의 물성을 도 9a 내지 도 9c 를 참조하여 살펴본다.Hereinafter, the physical properties of the comparative example compared to the one-wavelength microstrip antenna according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9A to 9C.
도 9a 는 비교예의 구조를 나타내는 도면이며, 도 9b 는 비교예를 이용하여 측정한 반사손실을 나타내는 그래프이며, 도 9c 는 비교예를 이용하여 측정한 방사 패턴을 나타내는 그래프이다.9A is a view showing the structure of a comparative example, FIG. 9B is a graph showing the reflection loss measured using the comparative example, and FIG. 9C is a graph showing the radiation pattern measured using the comparative example.
[비교예][Comparative Example]
본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나를 이용하여 위성 디엠비(DMB) 신호를 수신하기 위해 앙각(Elevation angle)이 42˚∼ 43˚일 때, 방사 패턴을 확인하기 위해, 비교예로서 기준 선형편파 1 파장 마이크로스트립 패치 안테나를 설계하였다. When the elevation angle is 42 ° to 43 ° to receive a satellite DMB signal using the microstrip antenna according to the present invention, to confirm the radiation pattern, as a comparative example, a reference
상기 도 9a 에 도시된 바와 같이, 비교예인 기준 선형편파 1 파장의 마이크로스트립 패치 안테나는 중심주파수가 2.6425GHz, 폭(W5) × 길이(L7) 를 50mm × 104mm 로 패치의 크기로 설정하고, 접지판은 폭(W6) × 길이(L8) 를 300mm × 300mm 의 정방형(正方形)으로 설정하였다. 그리고, 유전체의 폭(W5) × 높이(H4)가 50mm × 9m이고, 유전율(εr)은 1.06으로 설정하였다.As shown in FIG. 9A, the microstrip patch antenna of the reference linearly
상기 도 9b 에 도시된 바와 같이 반사손실은 -16dB이고, -10dB 대역폭은 107MHz(4%)로 기준 선형편파 1 파장 마이크로스트립 패치에 대한 반사손실 특성을 갖는다. 부가적으로, 일반적인 1/2 파장 마이크로스트립 패치 안테나는 브로드사이드(Broadside) 방향으로 광폭의 방사 패턴을 갖는다. 그러나 1 파장 마이크로스트립 패치 안테나는 브로드사이드(Broadside) 방향에서 'Null' 이 나타낸다.As shown in FIG. 9B, the return loss is -16 dB, and the -10 dB bandwidth is 107 MHz (4%), and has a return loss characteristic for the reference linearly
또한, 급전점(A)의 위치는 1 파장 패치의 중심에 위치되는데, 이것은 1 파장 패치 밑면의 전류가 패치 중앙에서 도체 표면의 클리핑 전류에 의해 'Null' 이 되지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 현상은 3차원적 역우산형 빔 패턴을 얻기 위해 '+'자형 또는 정방형 안테나로의 확장시키는데 있어서 급전점(A)을 하나로 선택하여 실현할 수 있음을 나타내고 있다. Also, the position of the feed point A is located at the center of the one wavelength patch, which means that the current at the bottom of the one wavelength patch is not 'Null' by the clipping current of the conductor surface at the center of the patch. This phenomenon indicates that the feed point A can be selected and realized to expand to a '+' shape or a square antenna to obtain a three-dimensional inverse umbrella beam pattern.
기준 선형편파 1 파장 마이크로스트립 패치 안테나는 상기 도 9c 에 도시된 바와 같이, 브로드사이드(broadside) 방향으로 'Null' 이 나타나고 좌우 30˚ 방면에서 최대 방사가 일어나고, 비교예에 따른 기준 선형편파 1 파장 마이크로스트립 패치 안테나는 앙각(Elevation angle)이 33˚ 일 때, 이득이 dipole 안테나를 기준으로 7.82dBd이고, 한 개의 주빔의 HPBW (Half Power Beam Width)가 32˚이며, 두 주빔의 벌어진 각도가 63˚임을 나타내고 있다.Reference linearly
따라서, 이러한 기준 선형편파 1 파장 마이크로스트립 패치 안테나는 크기가 너무 크고, 앙각(Elevation angle)이 33˚이고, 이때 듀얼편파가 형성되면 이득이 3dB 저하될 것이며, 앙각(Elevation angle)이 42°∼ 43°일 때는 레벨이 더욱 저하되며, 차량 진동시 앙각(Elevation angle)이 42°∼ 43°일 때보다 더 클 경우에 레벨 저하는 크다 할 수 있다. 그러므로 패치의 길이가 1 파장일 경우, 위성 디엠비(DMB) 신호를 차량위치와 기동자세에 관계없이 수신하는 것이 불리하다.Therefore, the reference linearly
따라서, 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 위성 디엠비(DMB) 수신용으로 사용시 차량 이동에 무관하게 위성 방향으로 빔이 집중된 역우산형의 방사 패턴을 갖는 앙각(Elevation angle)이 42˚∼ 43˚가 되도록, 본 발명에 따른 위성 디엠비(DMB)용 차량 탑재 안테나를 개발하게 되었다. Accordingly, as shown in FIG. 1, when used for receiving a satellite DMB, an elevation angle having an inverse umbrella type radiation pattern in which a beam is focused in a satellite direction regardless of vehicle movement is 42 ° to 43 °. As far as possible, the on-board antenna for satellite DMB according to the present invention has been developed.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다. The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited to the drawing.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 방위각 방향으로 무지향성의 방사 패턴 특징을 갖는 소형화된 위성 디엠비(DMB)용 차량 탑재 안테나를 제공할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to provide a miniaturized on-board antenna for a satellite DMB (DMB) having a non-directional radiation pattern in the azimuth direction.
그리고, 차량위치와 기동 자세에 관계없이 위성신호 수신이 가능한 빔 패턴을 이용하여 신호의 단절 없이 수신 가능한 위성 디엠비(DMB)용 차량 탑재 안테나를 제공할 수 있다.In addition, a vehicle-mounted antenna for satellite DMB (DMB) can be provided using a beam pattern capable of receiving a satellite signal regardless of a vehicle position and a starting position.
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