KR20060049982A

KR20060049982A - Small planar antenna with enhanced bandwidth and small strip radiator

Info

Publication number: KR20060049982A
Application number: KR1020050061666A
Authority: KR
Inventors: 유리 티코프; 민영훈; 김용진
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-21
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2006-05-19
Also published as: KR100720703B1; KR100680711B1; KR20060045003A

Abstract

향상된 대역폭을 갖는 평면형 소형 안테나 및 소형 스트립 방사체가 개시된다. 본 발명에 따른 소형 스트립 방사체는 메인 스트립 패턴 및 메인 스트립 패턴의 각 단에 종단되는 복수의 회선 스트립 패턴을 포함하며, 복수의 회선 스트립 패턴들은 메인 스트립 패턴의 종축을 기준으로 좌우대칭의 하나의 쌍으로 이루어지며, 하나의 회선 스트립 패턴이 시계방향으로 회선하는 경우, 나머지 다른 하나의 회선 스트립 패턴은 반시계방향으로 회선한다. 본 발명에 의하면, 종래의 방사체보다 금속 또는 도전성 물질을 덜 사용하는 전기적 소형 안테나용 방사체를 제공할 수 있으며, 동시에 안테나의 방사특성에 영향을 미치지 않고 동작할 수 있는 장점이 있다.Planar small antennas and small strip radiators with improved bandwidth are disclosed. The small strip radiator according to the present invention includes a main strip pattern and a plurality of convolution strip patterns terminating at each end of the main strip pattern, wherein the plurality of convolution strip patterns are one pair of left-right symmetry with respect to the longitudinal axis of the main strip pattern. When one line strip pattern is clockwise, the other line strip pattern is counterclockwise. According to the present invention, it is possible to provide a radiator for an electric small antenna using less metal or conductive material than the conventional radiator, and at the same time, the radiator can operate without affecting the radiating characteristics of the antenna.

방사체, 안테나, 방사특성, 스트립, 슬롯 Antenna, Radiator, Strip, Slot

Description

Small planar antenna with enhanced bandwidth and small strip radiator

도 1은 WO 03/094293에 개시된 안테나에 관한 도면,1 is a view of an antenna disclosed in WO 03/094293,

도 2는 직선형 종단 슬롯을 가진 종래 안테나의 방사체를 도시한 도면,Figure 2 shows a radiator of a conventional antenna with a straight end slot,

도 3은 회전형 종단 슬롯을 가진 종래 안테나의 방사체를 도시한 도면,3 shows a radiator of a conventional antenna having a rotatable termination slot,

도 4는 나선형 종단 슬롯을 가진 종래 안테나의 방사체를 도시한 도면,4 shows a radiator of a conventional antenna having a spiral termination slot,

도 5는 본 발명에 따른 평면형 소형 안테나의 사시도,5 is a perspective view of a planar small antenna according to the present invention;

도 6은 도 5에 도시된 메인 슬롯과 복수의 서브 슬롯을 포함하는 금속층의 상세 평면도,FIG. 6 is a detailed plan view of a metal layer including a main slot and a plurality of sub slots shown in FIG. 5;

도 7은 본 발명의 슬롯 패턴에서 자기 전류의 분포를 도시한 도면,7 is a diagram illustrating a distribution of magnetic current in a slot pattern of the present invention;

도 8은 종래의 안테나에서 E 평면과 H 평면의 방사패턴을 도시한 도면,8 is a view showing a radiation pattern of the E plane and the H plane in a conventional antenna,

도 9는 본 발명에 따른 안테나에서 E 평면과 H 평면의 방사패턴을 도시한 도면,9 is a view showing a radiation pattern of the E plane and the H plane in the antenna according to the present invention,

도 10은 본 발명에 따른 안테나와 종래의 안테나 간의 반사손실(return loss)을 통한 대역폭 특성을 비교한 그래프,10 is a graph comparing bandwidth characteristics through return loss between an antenna and a conventional antenna according to the present invention;

도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소형 스트립 방사체를 도시한 도면,11 is a view showing a small strip radiator according to another embodiment of the present invention;

도 12는 도 11의 스트립 패턴을 상세히 도시한 도면, 그리고12 is a detailed view of the strip pattern of FIG. 11; and

도 13은 스트립 패턴에서 전류 밀도의 일시적 분포를 도시한 도면이다.FIG. 13 is a diagram showing a temporary distribution of current density in a strip pattern. FIG.

WO 03/094293WO 03/094293

본 발명은 RF 및 마이크로웨이브 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 향상된 대역폭을 갖는 평면형 소형 안테나 및 소형 전도성 스트립 방사체에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to RF and microwave antennas, and more particularly, to planar miniature antennas and small conductive strip radiators with improved bandwidth.

L-주파수 대역과 UHF 주파수에서는 반파장 다이폴 안테나의 크기조차도 다양한 모바일이나 RFID 애플리케이션에서 제외되므로, 파장이 상대적으로 작은 소형 안테나가 요구된다. 그러나, 주어진 애플리케이션을 위한 안테나의 크기는 사용되는 기술에 관련된 것이 아니라, 잘 알려진 물리 법칙에 의해 결정된다. 즉, 파장과 관련된 안테나의 크기는 안테나의 방사 특성에 지배적인 영향을 주는 파라미터이다. In the L- and UHF frequencies, even the size of half-wavelength dipoles is excluded from various mobile or RFID applications, requiring a small antenna with a relatively small wavelength. However, the size of the antenna for a given application is not related to the technology used, but is determined by well known physical laws. That is, the size of the antenna associated with the wavelength is a parameter that predominantly affects the radiation characteristics of the antenna.

모든 안테나는 유도파를 방사파로 변환시키거나, 역으로 방사파를 유도파로 변환시키는데 이용된다. 기본적으로, 이러한 변환을 효율적으로 수행하기 위해서, 안테나의 크기는 반파장 정도이거나, 그 보다 커야한다. 물론, 대역폭과 이득이 작아지거나, 효율성 등이 악화되는 것을 감수하면, 안테나는 소형화될 수 있다. 즉, 안테나 소형화 기술은 안테나의 크기와 대역폭 및 효율성의 절충이 요구된다.All antennas are used to convert guided waves into radiated waves or vice versa. Basically, in order to perform this conversion efficiently, the size of the antenna should be about half wavelength or larger. Of course, antennas can be miniaturized if the bandwidth and gain are reduced, or the efficiency and the like are deteriorated. That is, the antenna miniaturization technique requires a compromise between the size, bandwidth, and efficiency of the antenna.

평면형 안테나에서는, 안테나 영역의 대부분이 방사에 관여하는 경우, 가장 우수한 절충점이 발견된다.In a planar antenna, the best compromise is found when most of the antenna area is involved in radiation.

상대적으로 높은 이득과 효율성을 지닌 공진 특성을 유지하면서, 안테나의 크기를 공진 크기보다 작게 하는 본래의 방법은 세계 지적 재산권 기구 공보 WO 03/094293에 개시된다. 도 1은 WO 03/094293에 개시된 안테나에 관한 도면이다. The original method of making the size of the antenna smaller than the size of the resonance while maintaining the resonant characteristics with relatively high gain and efficiency is disclosed in WO 03/094293. 1 is a view of the antenna disclosed in WO 03/094293.

도 1을 참조하면, 안테나(1)는 유전체 기판(2), 급전선(5), 금속층(3), 금속층(3) 내에 패턴화되어 형성된 메인 슬롯(4)과 복수의 서브 슬롯(6a~6d)을 포함한다. 메인 슬롯(4)과 서브 슬롯(6a~6d)을 포함하는 금속층(3)은 안테나(1)의 방사체를 이룬다.Referring to FIG. 1, the antenna 1 includes a main slot 4 and a plurality of sub slots 6a to 6d formed in a pattern in the dielectric substrate 2, the feed line 5, the metal layer 3, and the metal layer 3. ). The metal layer 3 comprising the main slot 4 and the sub slots 6a to 6d forms a radiator of the antenna 1.

한편, 도 2는 직선형 종단 슬롯을 가진 종래 안테나의 방사체를 도시한 도면이고, 도 3은 회전형 종단 슬롯을 가진 종래 안테나의 방사체를 도시한 도면이며, 도 4는 나선형 종단 슬롯을 가진 종래 안테나의 방사체를 도시한 도면이다. On the other hand, Figure 2 is a view showing a radiator of a conventional antenna having a straight end slot, Figure 3 is a view showing a radiator of a conventional antenna having a rotary termination slot, Figure 4 is a view of a conventional antenna having a spiral termination slot It is a figure which shows a radiator.

도 2 내지 도 4에서, 공통되는 구성요소인 메인 슬롯과 금속층은 동일한 도면부호를 사용한다. 다양한 형태를 가진 복수의 서브 슬롯(8a~8d, 9a~9d, 10a~10d)이 메인 슬롯(4)의 각단에 형성된다. 2 to 4, the main components and the metal layer, which are common components, use the same reference numerals. A plurality of sub slots 8a to 8d, 9a to 9d, and 10a to 10d having various shapes are formed at each end of the main slot 4.

위에서 설명한 바와 같은 종래의 안테나는 일반적으로 대역폭이 좁은 문제점이 있다. 또한, 다양한 응용분야에서 소형 안테나의 동작 주파수 대역폭은 중요한 문제점이다.Conventional antennas as described above typically have a narrow bandwidth problem. In addition, the operating frequency bandwidth of the small antenna is an important problem in various applications.

따라서, 방사패턴, 이득 및 방사효율 등에 영향을 주지 않고, 전기적으로 향 상된 대역폭에서 동작할 수 있는 소형 안테나를 제공하는 것이 바람직하다.Accordingly, it is desirable to provide a small antenna capable of operating at an electrically enhanced bandwidth without affecting radiation patterns, gain and radiation efficiency.

한편, 소형 안테나는 일반적으로 접지층을 형성하기 위해 많은 양의 도전성 물질이 요구되는 문제점이 있다. 또한, 안테나가 소비하는 금속의 상대적으로 높은 무게는 중요한 문제점이 되고 있다.On the other hand, a small antenna generally has a problem that a large amount of conductive material is required to form a ground layer. In addition, the relatively high weight of the metal consumed by the antenna is an important problem.

따라서, 본 발명의 목적은 방사패턴, 이득 및 방사효율 등에 영향을 주지 않고, 향상된 동작 주파수 대역폭을 갖는 평면형 소형 안테나를 제공하기 위함이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a planar compact antenna having an improved operating frequency bandwidth without affecting radiation patterns, gains and radiation efficiency.

또한, 본 발명의 다른 목적은 안테나의 방사특성에 영향을 주지 않으면서 동시에 종래의 방사체보다 금속 또는 도전성 물질을 더 적게 소비하는 소형 스트립 방사체를 제공하기 위함이다.It is a further object of the present invention to provide a small strip emitter which at the same time consumes less metal or conductive material than conventional radiators without affecting the radiating characteristics of the antenna.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 향상된 대역폭을 갖는 평면형 소형 안테나는 유전체 기판; 유전체 기판 상부에 형성된 금속층; 금속층에 패턴화되어 형성된 하나의 메인 슬롯; 및 메인슬롯에 연결되며, 소정 방향으로 회선하는 복수의 서브 슬롯;을 포함하며, 복수의 서브 슬롯은 메인 슬롯의 종축을 중심으로 좌우대칭의 한 쌍을 이루는 것이 바람직하다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a planar small antenna having an improved bandwidth including a dielectric substrate; A metal layer formed on the dielectric substrate; One main slot patterned in the metal layer; And a plurality of sub slots connected to the main slots and connected in a predetermined direction, and the plurality of sub slots preferably form a pair of left and right symmetry around the longitudinal axis of the main slot.

여기서, 소정 방향은, 시계방향 및 반시계방향 중 어느 하나의 방향인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the predetermined direction is any one of a clockwise direction and a counterclockwise direction.

여기서, 메인 슬롯의 종축을 중심으로 각각 한 쌍을 이루는 복수의 서브 슬롯은, 회선방향이 서로 반대인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a plurality of sub slots each having a pair centering on the longitudinal axis of the main slot have opposite line directions.

여기서, 서브 슬롯의 회선팔의 길이는, 안테나의 동작 주파수에서 1/4 파장보다 작은 것이 바람직하다.Here, the length of the circuit arm of the sub slot is preferably smaller than 1/4 wavelength at the operating frequency of the antenna.

여기서, 복수의 서브 슬롯은, 메인 슬롯의 우측 일단 상부에서 시계 방향으로 회선하는 우측 제1 서브 슬롯과, 우측 제1 서브 슬롯의 안쪽에서 우측 제1 서브 슬롯과 반대방향으로 회선하는 우측 제2서브 슬롯, 메인 슬롯의 우측 일단 하부에서 우측 제1 서브 슬롯과 반대 방향으로 회선하는 우측 제4 서브 슬롯 및 우측 제4 서브 슬롯의 안쪽에서 우측 제4 서브 슬롯과 반대방향으로 회선하는 우측 제3 서브 슬롯을 포함하는 것이 바람직하다.Here, the plurality of sub-slots include a right first sub-slot connected in a clockwise direction from the upper right end of the main slot, and a right second sub-circuit connected in a direction opposite to the right first sub-slot from the inside of the right first sub-slot. Slot, right right sub-slot connecting in the direction opposite to right first sub-slot from the lower right end of the main slot, and right third sub-slot connecting in the opposite direction to the right fourth sub-slot from inside the right fourth sub-slot. It is preferable to include.

여기서, 메인 슬롯을 중심으로 우측 제1 내지 제4 서브 슬롯 각각과 대칭적인 하나의 쌍을 이루며, 우측 제1 내지 제4 서브 슬롯 각각과 반대방향으로 회선하는 좌측 제1 내지 제4 서브슬롯을 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, a pair of symmetrical pairs with each of the right first through fourth subslots are formed around the main slot, and the left first through fourth subslots connected in a direction opposite to each of the right first through fourth subslots are further added. It is preferable to include.

여기서, 메인 슬롯의 길이는, 안테나의 동작 주파수에서 반 파장보다 작은 것이 바람직하다.Here, the length of the main slot is preferably smaller than half the wavelength at the operating frequency of the antenna.

여기서, 서브 슬롯의 폭과 메인 슬롯의 폭은 동일한 것이 바람직하다.Here, the width of the sub slot and the width of the main slot is preferably the same.

여기서, 서브 슬롯의 폭은 메인 슬롯의 폭보다 좁은 것이 바람직하다.Here, the width of the sub slot is preferably narrower than the width of the main slot.

여기서, 서브 슬롯의 폭은 메인 슬롯의 폭보다 넓은 것이 바람직하다.Here, the width of the sub slot is preferably wider than the width of the main slot.

여기서, 유전체 기판 후면에 종단 개방형(open-ended) 커패시티브(capacitive) 프로브로 구성된 마이크로스트립라인을 갖는 급전선;을 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, the feed line having a microstripline consisting of a terminal open-ended capacitive probe on the back of the dielectric substrate;

여기서, 프로브의 폭은 마이크로스트립라인의 스트립 폭과 동일한 것이 바람 직하다.Here, the width of the probe is preferably equal to the strip width of the microstripline.

여기서, 프로브의 폭은 마이크로스트립라인의 스트립 폭보다 작은 것이 바람직하다.Here, the width of the probe is preferably smaller than the strip width of the microstripline.

여기서, 프로브의 폭은 마이크로스트립라인의 스트립 폭보다 큰 것이 바람직하다.Here, the width of the probe is preferably larger than the strip width of the microstripline.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소형 스트립 방사체는 메인 스트립 패턴; 및 메인 스트립 패턴의 각 단에 종단되는 복수의 회선 스트립 패턴;을 포함하며, 복수의 회선 스트립 패턴들은 메인 스트립 패턴의 종축을 기준으로 좌우대칭의 하나의 쌍으로 이루어지며, 하나의 회선 스트립 패턴이 시계방향으로 회선하는 경우, 나머지 다른 하나의 회선 스트립 패턴은 반시계방향으로 회선하는 것이 바람직하다.In addition, the small strip radiator according to another embodiment of the present invention comprises a main strip pattern; And a plurality of line strip patterns terminated at each end of the main strip pattern, wherein the plurality of line strip patterns are formed in one pair of left and right symmetrics with respect to the longitudinal axis of the main strip pattern. In the case of a clockwise rotation, it is preferable that the other one of the line strip patterns is rotated counterclockwise.

여기서, 메인 스트립의 중앙에는 방사체의 급전점인 갭이 위치하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a gap, which is a feeding point of the radiator, is located at the center of the main strip.

여기서, 메인 스트립 패턴 및 복수의 회선 스트립 패턴들은, 유전체 기판 상에 형성되는 것이 바람직하다.Here, the main strip pattern and the plurality of convolution strip patterns are preferably formed on the dielectric substrate.

여기서, 회선 스트립 패턴들은, 메인 스트립의 종축에 대해 거울 대칭적인 구조로 형성되는 것이 바람직하다.Here, the convolutional strip patterns are preferably formed in a mirror symmetrical structure with respect to the longitudinal axis of the main strip.

여기서, 갭 안으로 반도체 칩의 인렛(inlet)을 구비하는 급전장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to further include a power feeding device having an inlet of the semiconductor chip into the gap.

여기서, 유전체 기판 상에 위치한 평면형 전송선을 구비하는 급전장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to further include a power feeding device having a planar transmission line located on the dielectric substrate.

여기서, 유전체 기판, 메인 스트립 패턴 및 회선 스트립 패턴들은 평면형인 것이 바람직하다.Here, the dielectric substrate, the main strip pattern and the convolution strip patterns are preferably planar.

여기서, 메인 스트립 패턴 및 회선 스트립 패턴들은, 동일한 기하학적 구조를 갖는 벌크 와이어 패턴(bulk wire pattern)으로 대체할 수 있는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the main strip pattern and the convolution strip patterns can be replaced with a bulk wire pattern having the same geometry.

이하에서는 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 평면형 소형 안테나의 사시도이다. 도 5를 참조하면, 본 평면형 소형 안테나(100)는 유전체 기판(20)과 유전체 기판(20) 상부에 형성된 금속층(30), 금속층 내부(30)에 패턴화되어 형성된 메인 슬롯(40)과 복수의 서브 슬롯(60a,60b,70a,70b,80a,80b,90a,90b), 및 유전체 기판(20) 하부에 형성된 급전선(50)을 포함한다. 메인 슬롯(40)과 복수의 서브 슬롯(60a,60b,70a,70b,80a,80b)을 포함한 금속층(40)은 안테나(100)의 방사체를 이룬다.5 is a perspective view of a planar small antenna according to the present invention. Referring to FIG. 5, the planar small antenna 100 may include a dielectric substrate 20, a metal layer 30 formed on the dielectric substrate 20, and a main slot 40 formed in a patterned manner in the metal layer 30. Subslots 60a, 60b, 70a, 70b, 80a, 80b, 90a, 90b, and a feed line 50 formed under the dielectric substrate 20. The metal layer 40 including the main slot 40 and the plurality of sub slots 60a, 60b, 70a, 70b, 80a, and 80b forms a radiator of the antenna 100.

도 6은 도 5에 도시된 메인 슬롯과 복수의 서브 슬롯을 포함하는 금속층의 상세 평면도이다. 이하에서는 메인 슬롯과 복수의 서브 슬롯 및 금속층을 총괄하여 '방사체'로 칭한다.FIG. 6 is a detailed plan view of a metal layer including a main slot and a plurality of sub slots shown in FIG. 5. Hereinafter, the main slot, the plurality of sub slots, and the metal layer will be collectively referred to as an 'radiator'.

도 6을 참조하면, 방사체는 금속층(30), 하나의 메인 슬롯(40) 및 메인 슬롯(40)의 양단에 위치한 복수의 서브 슬롯(60a,60b,70a,70b,80a,80b,90a,90b)을 포함한다. Referring to FIG. 6, the radiator includes a metal layer 30, one main slot 40, and a plurality of sub slots 60a, 60b, 70a, 70b, 80a, 80b, 90a, and 90b located at both ends of the main slot 40. ).

각 서브 슬롯(60a,60b,70a,70b,80a,80b,90a,90b)은 메인 슬롯(40)과 연결된 다. 각 서브 슬롯(60a,60b,70a,70b, 80a,80b,90a,90b)은 시계방향 또는 반시계 방형으로 굽은 형태를 갖는다. 각각의 서브 슬롯(60a,60b,70a,70b, 80a,80b,90a,90b)은 메인 슬롯(40)의 종축에 대해 좌우대칭 형태를 가지고 있다.Each sub slot (60a, 60b, 70a, 70b, 80a, 80b, 90a, 90b) is connected to the main slot (40). Each of the sub slots 60a, 60b, 70a, 70b, 80a, 80b, 90a, 90b is bent in a clockwise or counterclockwise shape. Each of the sub slots 60a, 60b, 70a, 70b, 80a, 80b, 90a, 90b has a symmetrical shape with respect to the longitudinal axis of the main slot 40.

즉, 우측 제1 서브 슬롯(60a)과 우측 제3 서브 슬롯(80a)은 시계방향으로 굽은 형태를 가지며, 우측 제2 서브 슬롯(70a)과 우측 제4 서브 슬롯(90a)은 반시계방향으로 굽은 형태를 갖는다. That is, the right first sub slot 60a and the right third sub slot 80a have a bent clockwise direction, and the right second sub slot 70a and the right fourth sub slot 90a are counterclockwise. It has a curved shape.

좌측 제1 서브 슬롯(60b)과 좌측 제3 서브 슬롯(80b)은 반시계 방향의 회선형태를 가지며, 좌측 제2 서브 슬롯(70b)과 좌측 제4 서브 슬롯(90b)은 시계방향의 회선형태를 갖는다.The left first sub slot 60b and the left third sub slot 80b have a counterclockwise line shape, and the left second sub slot 70b and the left fourth sub slot 90b have a clockwise line shape. Has

일반적으로, 방사체는 모든 안테나의 전자기 특성을 지배한다. 방사체의 대부분의 영역은 안테나(100)의 소형화를 위해 방사특성, 이득 및 방사효율 등에 영향을 주지 않고 동작 대역폭을 향상시키기 위해 방사 현상에 이용되어야만 한다.In general, radiators dominate the electromagnetic properties of all antennas. Most of the area of the radiator should be used for radiation phenomena to improve the operating bandwidth without affecting the radiation characteristics, gain and radiation efficiency for miniaturization of the antenna 100.

종래의 안테나에서의 슬롯 패턴과 달리, 본 발명의 실시예에 따른 방사체는 메인 슬롯(40)의 각 단에 형성된 4개의 서브-슬롯을 포함하며, 각 서브 슬롯은 메인 슬롯의 종축을 중심으로 좌우대칭형 구조를 갖는다. 이와 같이, 본 평면형 소형 안테나가 매우 복잡한 슬롯 구조를 갖는 이유는 다음과 같다.Unlike a slot pattern in a conventional antenna, the radiator according to the embodiment of the present invention includes four sub-slots formed at each end of the main slot 40, each sub slot being left and right about the longitudinal axis of the main slot. It has a symmetrical structure. As such, the reason why the present planar small antenna has a very complicated slot structure is as follows.

대부분은 안테나의 최대 길이는 반 파장보다 작고, 심지어 1/4 파장보다도 작기 때문에, 메인 슬롯의 길이는 더욱 짧아진다. 동시에 안테나의 방사체는 반 파장의 공진 특성을 유지해야 한다. 따라서, 안테나의 크기를 감소하기 위해서, 메인 슬롯의 양 단에 특정한 한계 전압값이 부과되어야 한다. 이에 의해, 단축된 메인 슬롯 상에 원하는 공진 전자기장 분포가 생성된다. 메인 슬롯 양단에 원하는 전압 불연속성을 마련하기 위해, 서브 슬롯의 양 종단은 유도적 특성을 갖는 종단 소자들을 구비해야 한다.For the most part, the maximum length of the antenna is less than half the wavelength and even less than 1/4 wavelength, so the length of the main slot is shorter. At the same time, the radiator of the antenna must maintain the resonant characteristic of half wavelength. Therefore, in order to reduce the size of the antenna, a specific threshold voltage value must be imposed on both ends of the main slot. This produces the desired resonant electromagnetic field distribution on the shortened main slot. In order to provide the desired voltage discontinuity across the main slot, both ends of the sub slot must have termination elements with inductive characteristics.

종단 서브 슬롯의 길이가 1/4 파장보다 작다면, 유도성 장하(inductive loading)가 보장된다. 종래의 유도성 종단(inductive termination)은 메인 슬롯(4)의 각 단에서 두 개의 직선형 또는 나선형 슬롯에 의해 마련된다(도 2,3,4에 도시된 대응되는 복수의 서브 슬롯(8a~8d, 9a~9d, 10a~10d) 참조). 종래의 안테나와 달리, 본 발명의 실시예에 따른 메인 슬롯(40)의 종단(termination)은 시계 방향 또는 반시계 방향의 대칭적인 방식으로 회선하는 우측에 종단된 4개의 서브-슬롯(60a,70a,80a,90a)과 좌측에 종단된 4개의 서브-슬롯(60b,70b,80b,90b)에 의해 구현된다.If the length of the termination subslot is smaller than 1/4 wavelength, inductive loading is ensured. Conventional inductive termination is provided by two straight or helical slots at each end of the main slot 4 (the corresponding plurality of subslots 8a-8d, shown in FIGS. 2, 3, 4, 9a-9d, 10a-10d). Unlike conventional antennas, the termination of the main slot 40 according to an embodiment of the present invention is four sub-slots 60a, 70a terminated on the right side that line in a symmetrical manner in a clockwise or counterclockwise direction. 80a, 90a and four sub-slots 60b, 70b, 80b, 90b terminated on the left side.

도 7은 본 발명의 슬롯 패턴에서 자기 전류의 분포를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 자기 전류의 분포는 화살표를 따라 개략적으로 도시되어 있다. 시계방향 및 반시계방향으로 감긴 서브 슬롯(60a,70a,80a,90a)의 조합에 의해 독특한 전자기 특성이 구현된다. 즉, 메인 슬롯(40)과 동일한 자기 전류의 흐름을 갖는 6개의 회선팔 영역이 존재한다. 이 6개의 회선팔 영역은 도 7에서 참조부호 62a, 71a, 75a, 81a, 85a, 92a로 도시된다.7 is a diagram illustrating a distribution of magnetic current in the slot pattern of the present invention. Referring to FIG. 7, the distribution of magnetic current is shown schematically along the arrow. Unique electromagnetic properties are realized by the combination of subslots 60a, 70a, 80a, 90a wound clockwise and counterclockwise. That is, there are six circuit arm regions with the same magnetic current flow as the main slot 40. These six circuit arm regions are shown by reference numerals 62a, 71a, 75a, 81a, 85a, 92a in FIG.

이와 달리, 메인 슬롯(40)의 자기전류 흐름과 반대방향의 흐름을 갖는 두 개의 회선팔 영역이 존재한다. 이 두 개의 회선팔 영역은 도 7에서 참조부호 73a, 83a로 도시되며, 이 회선팔 영역에서 자기전류는 작은 진폭을 갖는다.Alternatively, there are two circuit arm regions with flows in the opposite direction to the magnetic current flow in the main slot 40. These two circuit arm regions are shown by reference numerals 73a and 83a in Fig. 7, and the magnetic current has a small amplitude in this circuit arm region.

한편, 영역 72a와 74a, 82a와 84a, 61a와 63a, 91a와 93a에서 바람직하지 않은 필드 커플링 효과(field coupling effect)가 먼저 감소되고, 이어서, 메인 슬롯의 종축에 대한 거울 대칭에 의해 바람직하지 않은 필드 커플링 효과가 억제된다.On the other hand, in the areas 72a and 74a, 82a and 84a, 61a and 63a, 91a and 93a, the undesirable field coupling effect is first reduced and then undesired by the mirror symmetry with respect to the longitudinal axis of the main slot. Field coupling effects that are not present are suppressed.

따라서, 종래와 같이 유도성 서브 슬롯으로 인해 발생하는 바람직하지 않은 결과는 실질적으로 감소된다. 더욱이, 종단 서브 슬롯에서 자기 전류를 이용하는 부분이 성공적으로 개선되며, 이에 의해, 방사현상에 효율적으로 관여하는 안테나 영역이 증가된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 방사패턴, 이득 및 방사효율 등에 영향을 주지 않고, 향상된 대역폭에서 동작할 수 있는 평면형 소형 안테나를 제공한다.Thus, the undesirable consequences of inductive subslots as in the prior art are substantially reduced. Moreover, the part using magnetic current in the terminating subslot is successfully improved, thereby increasing the antenna area which is effectively involved in the radiation phenomenon. Accordingly, according to the present invention, there is provided a planar small antenna capable of operating at an improved bandwidth without affecting radiation patterns, gains and radiation efficiency.

본 발명에 따른 안테나와 종래의 안테나의 결과 특성을 비교하기 위해서, 양 안테나는 UHF에서 동일한 크기 규격으로 설계되었다. 즉, 금속층(30)의 크기는 0.21λ₀×0.15λ₀이고, 슬롯의 크기는 0.17λ₀×0.08λ₀이다. 여기서, λ₀는 자유공간에서의 파장을 말한다.In order to compare the resulting characteristics of the antenna according to the invention with the conventional antenna, both antennas are designed with the same size standard in UHF. That is, the size of the metal layer 30 is 0.21λ ₀ × 0.15λ ₀ , and the size of the slot is 0.17λ ₀ × 0.08λ ₀ . Here, λ ₀ refers to a wavelength in free space.

안테나의 급전은 종래와 같이 유전체 기판 후면에 프로브(probe)가 설치된 종단 개방형(open-ended) 마이크로스트립라인이나 다른 종류의 전송선을 통하여 실현된다. The feeding of the antenna is realized through an open-ended microstrip line or other type of transmission line in which a probe is installed on the back surface of the dielectric substrate as in the prior art.

도 8은 종래의 안테나에서 E 평면과 H 평면의 방사패턴을 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 안테나에서 E 평면과 H 평면의 방사패턴을 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9를 참조하면, 양 안테나의 전방향성 패턴은 거의 동일하다는 것이 관찰된다. 본 평면형 소형 안테나의 게인은 -1.9dBi이고, 종래의 안테나의 게인은 -1.8dBi이다. 따라서, 게인 및 효율성의 측면에서, 본 안테나의 장점은 미약하다.8 is a view showing a radiation pattern of the E plane and the H plane in the conventional antenna, Figure 9 is a view showing a radiation pattern of the E plane and H plane in the antenna according to the present invention. 8 and 9, it is observed that the omnidirectional patterns of both antennas are nearly identical. The gain of this planar small antenna is -1.9 dBi, and the gain of the conventional antenna is -1.8 dBi. Therefore, in terms of gain and efficiency, the advantage of the present antenna is weak.

도 10은 본 발명에 따른 안테나와 종래의 안테나 간의 반사손실(return loss)을 통한 대역폭 특성을 비교한 그래프이다. 도 10에서, 점선으로 표시된 부분이 종래 안테나의 반사 손실을 나타내며, 실선으로 표시된 부분이 본 안테나의 반사 손실을 나타낸다. 10 is a graph comparing bandwidth characteristics through return loss between an antenna according to the present invention and a conventional antenna. In Fig. 10, the portion indicated by the dotted line represents the reflection loss of the conventional antenna, and the portion indicated by the solid line represents the reflection loss of the present antenna.

-10 dB의 반사 손실 레벨에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 동작 대역폭은 38MHz인데 반하여, 종래의 안테나의 동작 대역폭은 29MHz에 불과하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나의 대역폭은 종래 안테나의 대역폭보다 30 퍼센트 정도 넓다. 동시에, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 방사 패턴, 방사 효율, 분극 순도 등에 영향을 받지 않는다.At a return loss level of -10 dB, the operating bandwidth of the antenna according to an embodiment of the present invention is 38 MHz, whereas the operating bandwidth of a conventional antenna is only 29 MHz. Therefore, the bandwidth of the antenna according to an embodiment of the present invention is about 30 percent wider than the bandwidth of the conventional antenna. At the same time, the antenna according to an embodiment of the present invention is not affected by radiation pattern, radiation efficiency, polarization purity, or the like.

한편, 도 5에서 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나(100)는 일반적으로 접지층인 금속층(30)을 형성하기 위해 실질적으로 많은 양의 도전성 물질이 요구된다. 안테나(100)가 소비하는 상대적으로 높은 금속의 무게는 중요한 문제점이 되고 있다. 따라서, 금속이나 다른 다른 도전성 물질을 덜 소비하면서, 방사특성에 영향을 주지 않고 동작할 수 있는 방사체를 제공하는 것이 바람직하다. 이하에서는 이러한 방사체에 대해 보다 상세히 설명한다.Meanwhile, in FIG. 5, the antenna 100 according to the exemplary embodiment of the present invention requires a substantially large amount of conductive material to form the metal layer 30, which is generally a ground layer. The relatively high weight of metal consumed by the antenna 100 is an important problem. Accordingly, it is desirable to provide a radiator that can operate without affecting the radiation properties while consuming less metal or other conductive materials. Hereinafter, the radiator will be described in more detail.

기본적으로, 방사체는 모든 안테나의 전자기 특성을 지배한다. 방사체의 대부분의 영역은 안테나의 파라미터들을 향상시키기 위해 방사현상에 이용되어야만 한다. 도 6에 도시된 4개의 슬롯 패턴을 가진 방사체와 달리, 본 발명의 다른 일 실시예에서는 스트립 패턴에 기초한 방사체가 제안된다. 왜냐하면, 이와 같은 구조를 갖는 안테나는 실질적으로 금속을 덜 소비하기 때문이다.Basically, the radiator dominates the electromagnetic properties of all antennas. Most of the area of the radiator must be used for radiation to improve the parameters of the antenna. Unlike the radiator with the four slot patterns shown in FIG. 6, in another embodiment of the present invention, a radiator based on a strip pattern is proposed. This is because an antenna having such a structure consumes substantially less metal.

금속 스트립 패턴은 도 6에 도시된 4개의 슬롯을 가진 패턴과 기하학적으로 거의 중복된다. 즉, 본 발명의 다른 일 실시예에서는 전자기 이중성(electromagnetic duality)의 원리에 의해 스트립이 슬롯을 대체한다. 잘 알려진 원리에 따르면, 금속을 공기로 대체하고, 공기를 금속으로 대체함으로써 이중 구조(dual structures)가 형성될 수 있다. 이중 구조는 사진술(photography)에서 양화(a positive) 및 음화(a negative)와 유사하다. The metal strip pattern is almost overlapped geometrically with the pattern with four slots shown in FIG. That is, in another embodiment of the present invention, the strip replaces the slot by the principle of electromagnetic duality. According to well known principles, dual structures can be formed by replacing metal with air and air with metal. The dual structure is similar to a positive and a negative in photography.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 방사체는 슬롯 패턴에 기초한 도 6의 방사체에 대하여 보충적인 방사 구조로서 분류될 수 있다. 그리고, 도 6에 도시된 방사체의 모든 장점들은 후술하는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소형 스트립 방사체에 모두 적용된다.The radiator according to another embodiment of the present invention may be classified as a complementary radiating structure to the radiator of FIG. 6 based on the slot pattern. And all the advantages of the radiator shown in Figure 6 apply to all of the small strip radiator according to another embodiment of the present invention described below.

도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소형 스트립 방사체를 도시한 도면이다. 11 is a view showing a small strip radiator according to another embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 인쇄 스트립 방사체(1000)는 유전체 기판(200) 및 유전체 기판(200) 위에 형성되는 도전성 스트립 패턴(300)을 포함한다. 유전체 기판(200)은 소형 스트립 방사체(1000)를 직접적으로 구현한다.Referring to FIG. 11, the print strip emitter 1000 includes a dielectric substrate 200 and a conductive strip pattern 300 formed on the dielectric substrate 200. The dielectric substrate 200 directly implements the small strip emitter 1000.

도 12는 도 11의 스트립 패턴을 상세히 도시한 도면이다. 스트립 패턴(300)은 메인 스트립(310) 및 메인 스트립(310)의 각 단에 종단되는 복수의 스트립 암(strip arms)을 포함한다. 메인 스트립(310)은 중앙에 방사체의 급전점에 위치한 갭(360)을 갖는다. FIG. 12 illustrates the strip pattern of FIG. 11 in detail. The strip pattern 300 includes a main strip 310 and a plurality of strip arms terminating at each end of the main strip 310. The main strip 310 has a gap 360 located at the feed point of the radiator in the center.

각각의 스트립 암(320a, 320b, 330a, 330b, 340a, 340b, 350a, 350b)들은 메인 스트립(310)의 종축을 중심으로 좌우 하나의 쌍으로 이루어진다. 좌우 하나의 쌍으로 이루어진 스트립 암(320a, 320b, 330a, 330b, 340a, 340b, 350a, 350b)들은 어느 하나의 스트립 암(ex:320a)이 시계방향으로 회선하면, 다른 하나의 스트립 암(ex:320b)은 반시계 방향으로 회선하는 방식으로 메인 스트립(310)과 종단된다. 종단된 스트립 암들은 메인 스트립(310)의 종축에 대해 거울 대칭적인 구조로 형성된다.Each of the strip arms 320a, 320b, 330a, 330b, 340a, 340b, 350a, 350b consists of a pair of left and right around the longitudinal axis of the main strip 310. The strip arms 320a, 320b, 330a, 330b, 340a, 340b, 350a, and 350b of one pair of left and right strips are extruded when one strip arm ex: 320a is turned clockwise. The terminal 320b terminates with the main strip 310 in a counterclockwise direction. The terminated strip arms are formed in a mirror symmetrical structure with respect to the longitudinal axis of the main strip 310.

이중 슬롯에 기반을 둔 도 6에 도시된 방사체에서 금속층(30)은 이상적으로 무한대의 크기를 가져야 한다. 이러한 이론적 결함에도 불구하고, 스트립 패턴을 적절히 조정하면, 방사체는 매우 잘 동작할 수 있다. 물론, 방사체를 구비한 안테나의 입력 임피던스는 실질적으로 다르므로, 특정한 급전을 위해 적절한 매칭이 요구된다.In the radiator shown in FIG. 6 based on the double slot, the metal layer 30 should ideally have an infinite size. Despite these theoretical deficiencies, the radiator can work very well if the strip pattern is properly adjusted. Of course, the input impedance of the antenna with the radiator is substantially different, so proper matching is required for a particular feed.

전기적으로 소형인(상대적으로 파장이 작은) 방사체의 경우, 구조물에 따른 전자기장의 위상차는 작다. 따라서, 스트립 패턴에서 전류 밀도의 일시적 분포는 도 13에서 화살표의 길이에 따라 개략적으로 도시될 수 있다. 시계방향 및 반시계방향의 회선 스트립 암의 결합은 독특한 전자기 특징을 갖는 종단(termination)을 제공한다. In the case of electrically small (relatively small wavelength) radiators, the phase difference of the electromagnetic field along the structure is small. Thus, the temporary distribution of current density in the strip pattern can be schematically shown along the length of the arrow in FIG. 13. The combination of clockwise and counterclockwise line strip arms provides termination with unique electromagnetic characteristics.

즉, 도 13에서 참조부호 321b, 331b, 322b, 332b, 314b, 344b로 도시된 6개 의 영역은 메인 스트립(310)에서 전류의 흐름과 동일한 방향이다. 실제로 낮은 크기를 갖는 반대방향의 전류의 흐름은 오직 두 개의 영역 325b, 335b에 존재한다.That is, the six regions shown by reference numerals 321b, 331b, 322b, 332b, 314b, and 344b in FIG. 13 are in the same direction as the flow of current in the main strip 310. In fact, the low current flow in the opposite direction exists only in the two regions 325b and 335b.

스트립 암의 종단으로 인해 원하지 않는 2차 효과는 억제된다. 실제로, 영역 (324b, 323b)와 (334b, 333b)와 (312b, 316b)와 (342b, 346b)에서 바람직하지 않은 필드 커플링 효과(field coupling effect)가 먼저 감소되고, 이어서, 메인 스트립(310)의 종축에 대한 거울 대칭에 의해 바람직하지 않은 필드 커플링 효과가 억제된다. Due to the termination of the strip arms unwanted secondary effects are suppressed. In practice, undesirable field coupling effects in regions 324b, 323b and 334b, 333b and 312b, 316b and 342b, 346b are first reduced, and then the main strip 310 Mirror symmetry with respect to the longitudinal axis of) suppresses the undesirable field coupling effect.

따라서, 스트립 영역 324b, 323b, 312b, 316b에서 방사된 필드들은 영역 334b, 333b, 342b, 346b에서 방사된 필드들과 상쇄되고, 이에 따라 전반적으로 멀리 떨어진 필드(far field)에 영향을 미치지 못한다. 게다가, 종단 스트립 암들에서 전류를 이용하는 영역(321b, 331b, 322b, 332b, 314b, 344b)은 성공적으로 개선된다. 이에 의해 방사현상에 실질적으로 관여하는 안테나 영역이 증가된다.Thus, the fields radiated in strip regions 324b, 323b, 312b and 316b cancel out the fields radiated in regions 334b, 333b, 342b and 346b and thus do not affect the far field as a whole. In addition, regions 321b, 331b, 322b, 332b, 314b, and 344b that utilize current in the termination strip arms are successfully improved. This increases the antenna area substantially involved in radiation phenomena.

방사체는 전기적으로 소형인 평면형 안테나의 기본 소자로서 기능을 수행한다. 안테나의 급전은 종래의 평면형 전송선을 통해 구현되거나 스트립 패턴 안으로 전자칩의 직접 주입구(inlet)에 의해 구현된다.The radiator functions as a base element of an electrically small planar antenna. Feeding of the antenna is implemented through conventional planar transmission lines or by direct inlets of the electronic chip into the strip pattern.

그 결과로, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 스트립 방사체는 종래의 방사체보다 금속 또는 도전성 물질을 덜 사용하는 전기적 소형 안테나용 방사체를 제공하며, 동시에 방사특성에 영향을 미치지 않고 동작할 수 있다.As a result, the small strip radiator according to one embodiment of the present invention provides a radiator for an electrical small antenna using less metal or conductive material than the conventional radiator, and can operate without affecting the radiation characteristics at the same time.

방사체를 제작하는 실질적인 방법으로 어떤 종류의 인쇄 회로 기술이 이용되어도 무방하다. 인쇄 스트립 패턴(printed strip pattern)을 동일한 기하구조를 갖 는 벌크 와이어 패턴(bulk wire pattern)으로 대체하는 것은 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는다.Any kind of printed circuit technology may be used as a practical method of manufacturing the radiator. Replacing printed strip patterns with bulk wire patterns having the same geometry does not depart from the spirit of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 평면형 소형 안테나에 의하면, 방사현상에 실질적으로 관여하는 안테나 영역이 증가되어, 방사패턴, 이득 및 방사효율 등에 영향을 주지 않고, 향상된 대역폭을 가질 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the planar small antenna according to the present invention, the antenna area substantially involved in the radiation phenomenon is increased, so that the advantage of having an improved bandwidth without affecting the radiation pattern, the gain and the radiation efficiency is obtained. have.

또한, 본 발명에 따른 소형 스트립 방사체에 의하면, 종래의 방사체보다 금속 또는 도전성 물질을 덜 사용하는 전기적 소형 안테나용 방사체를 제공할 수 있으며, 동시에 안테나의 방사특성에 영향을 미치지 않고 동작할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the small strip radiator according to the present invention, it is possible to provide a radiator for an electric small antenna using less metal or conductive material than the conventional radiator, and at the same time can operate without affecting the radiation characteristics of the antenna There is this.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the present invention is not limited to the specific embodiments of the present invention without departing from the spirit of the present invention as claimed in the claims. Anyone skilled in the art can make various modifications, as well as such modifications are within the scope of the claims.

Claims

Dielectric substrates;

A metal layer formed on the dielectric substrate;

One main slot patterned in the metal layer; And

And a plurality of sub slots connected to the main slots and connected in a predetermined direction.

And the plurality of sub-slots form a pair of left-right symmetry around the longitudinal axis of the main slot.

The method of claim 1, wherein the predetermined direction is

Planar miniature antenna, characterized in that any one of the clockwise and counterclockwise direction.

The method of claim 1,

A plurality of sub slots each forming a pair around the longitudinal axis of the main slot,

Planar compact antenna, characterized in that the line direction is opposite to each other.

The length of the circuit arm of the sub slot,

And a planar small antenna, characterized in that less than a quarter wavelength at an operating frequency of the antenna.

The method of claim 1, wherein the plurality of sub slots,

A right first sub slot which is connected in a clockwise direction from the upper right end of the main slot, a right second sub slot which is connected in a direction opposite to the right first sub slot from the inside of the right first sub slot, and the main A right fourth subslot connecting in a direction opposite to the right first subslot at a lower right end of the slot, and a right third subslot connecting in a direction opposite to the right fourth subslot from inside the right fourth subslot. Planar miniature antenna comprising a.

The method of claim 5,

A pair of symmetrical pairs with each of the right first through fourth subslots and a left first through fourth subslot connected in a direction opposite to each of the right first through fourth subslots are further formed around the main slot. Planar miniature antenna comprising a.

The method of claim 1, wherein the length of the main slot,

And a planar compact antenna, characterized in that less than half wavelength at an operating frequency of the antenna.

The method of claim 1,

And a width of the sub slot and a width of the main slot are the same.

The method of claim 1,

And the width of the sub slot is narrower than the width of the main slot.

The method of claim 1,

And the width of the sub slot is wider than the width of the main slot.

The method of claim 1.

And a feed line having a microstripline composed of a terminal open-ended capacitive probe on a back surface of the dielectric substrate.

The method of claim 11,

And the width of the probe is equal to the strip width of the microstripline.

The method of claim 11,

And the width of the probe is smaller than the strip width of the microstripline.

The method of claim 11,

And the width of the probe is larger than the strip width of the microstripline.

Main strip pattern; And

And a plurality of convolution strip patterns terminated at each end of the main strip pattern.

The plurality of convolution strip patterns are formed in a pair of left and right on the basis of the longitudinal axis of the main strip pattern. When one convolution strip pattern is clockwise, the other convolution strip pattern is conversely counterclockwise. Small strip radiator, characterized in that.

The method of claim 15,

Small strip emitter, characterized in that the center of the main strip is a gap that is the feed point of the radiator.

The method of claim 15,

The main strip pattern and the plurality of convolution strip patterns,

Small strip emitters formed on a dielectric substrate.

The method of claim 15, wherein the line strip patterns,

Small strip emitter, characterized in that formed in a mirror symmetrical structure with respect to the longitudinal axis of the main strip.

The method of claim 16,

And a feeder having an inlet of a semiconductor chip into the gap.

The method of claim 15,

And a feeder having a planar transmission line located on said dielectric substrate.

The method of claim 20,

And the dielectric substrate, the main strip pattern and the convolution strip patterns are planar.

The method of claim 15, wherein the main strip pattern and the line strip patterns,

Small strip emitter, characterized in that it can be replaced by a bulk wire pattern having the same geometry.