利用人工磁导体的阵列天线的制作方法

本发明可采用到利用毫米波(mmw)频带的电子装置、能够利用人工磁导体改善信号干涉、并有利于小型化的阵列天线。

背景技术：

近年来，便携式终端等电子装置的功能逐渐变得多样化，据此，为了对电子设备搭载多样的功能，需要内置越来越多的部件以及电路，据此，由于电子设备的有限的空间，需要实现内置的部件以及电路的小型化。

此外，在执行无线通信的电子设备中，占用较大的面积或空间的天线也需要以更小的尺寸来制作。

近年来，为实现由于宽的带宽的使用可能性而受瞩目的毫米波频带的无线通信，可以利用能够将信号集中的阵列天线，以应对毫米波频带的特性导致空气传递过程中的信号衰减非常大的问题。

然而，毫米波频带的天线因大小与波长成比例而具有相对小于其他频带的天线的物理大小，但是在传输过程中的信号衰减较大，因此需要将信号集中，然而为了集中信号，可以利用通过布置多个单一的天线而构成的阵列天线，由此以排列有多个单一的天线的结构制作阵列天线，因此存在着其大小会增加的缺点。

在如上所述的阵列天线的结构上，需要以尽可能小的尺寸制作，然而如果馈线、接地面、图案之间的距离过于近，则可能会发生信号的干涉和性能劣化的问题。

由于如上所述的问题的存在，阵列天线的大小的缩小将会受限。

在下述的现有技术文献中记载的专利文献1涉及用于将邻接的频带分离的人工磁导体以及天线，其并没有公开针对上述的现有技术的解决课题的解决方案。

【现有技术文献】

【专利文献】

(专利文献1)韩国公开专利第2010-0034327号公报

技术实现要素：

本发明是为了解决上述的现有技术的问题而提出的，其提供一种利用人工磁导体的阵列天线，其通过利用人工磁导体而防止贴片天线(patchantenna)作为本发明的第一技术侧面，本发明提供一种阵列天线，包括：电介质基板，具有层叠的第一层、第二层、第三层；导体区域，包含布置于所述电介质基板的第一层的接地面以及馈线；贴片天线，布置于所述电介质基板的第三层，排列有多个单位天线，单位天线的一部分通过导体过孔而与所述馈线连接；以及人工磁导体，布置于所述电介质基板的第二层，阻断所述贴片天线和所述导体区域之间的干涉，而且所述人工磁导体具有多个图案形状彼此以预设的间隔相隔而反复地布置的网格结构，从而以预设的频率形成谐振。

在本课题的解决手段中，提供下述的具体实施方式中说明的多个概念中的一个。本课题所提供的解决手段的目的并不在于确认所请求的事项的核心技术或必要技术，只不过是记载了所请求的事项中的一个，而且所请求的事项分别在下述的具体实施方式中得到详细的说明。

根据本发明，可以利用人工磁导体而防止贴片天线与其下部的导体区域之间的信号干涉，从而能够解决性能劣化的问题，并据此而能够实现小型化的制作，从而可以提高效率以及利益。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的阵列天线的平面排列结构的示例图。

图2是示出根据本发明的实施例的单位天线的结构的第一示例图。

图3是示出根据本发明的实施例的单位天线的结构的第二示例图。

图4是示出根据本发明的实施例的单位天线的主天线贴片以及子天线贴片的结构的示例图。

图5是示出根据本发明的实施例的人工磁导体的结构的示例图。

图6的(a)、(b)是示出根据本发明的实施例的人工磁导体的操作说明图。

图7是示出根据本发明的实施例的人工磁导体的按频率的反射相位特性的曲线图。

图8是示出根据本发明的实施例的人工磁导体的表面电流的示例图。

符号说明

100：电介质基板110、120、130：第一层、第二层、第三层

200：接地面300：馈线

400：贴片天线400-1～400-8：多个单位天线

500：人工磁导体600：导体过孔

400-1a：主天线贴片400-1b：子天线贴片

具体实施方式

以下，需要理解本发明并不局限于所说明的实施例，并且可以在不脱离本发明的主旨以及范围的前提下以多样的方式改变本发明。

此外，将理解的是，对本发明的各个实施例而言，作为一示例而说明的结构、形状以及数值仅仅是用于帮助理解本发明的技术事项的例，因此本发明并不局限于此，可以在不脱离本发明的主旨以及范围的情况下以多样的方式改变本发明。本发明的实施例可以相互组合而构成多种新的实施例。

而且，在本发明中参照的附图中，在本发明的整体的内容上具有实质上相同的构成和功能的构成要素将使用相同的标号。

在下文中，为使本发明所属的技术领域上具有基本知识的人能够容易地实施本发明，将参照所附的附图对本发明的实施例进行详细的说明。

图1是示出根据本发明的实施例的阵列天线的平面阵列结构的示例图。图2是示出根据本发明的实施例的单位天线的结构的第一示例图，其图2是示出图1的a1-a2线的剖面结构的图。

参照图1，所述贴片天线400可以包含多个单位天线400-1～400-8。在此，无需限定为特定的单位天线的个数。

参照图1以及图2，根据本发明的实施例的阵列天线可以包含：电介质基板100；导体区域(图2的200)，具有接地面(图2的210)以及馈线(图2的220)；贴片天线400(图2的400-1)；以及人工磁导体500。

所述电介质基板100可以包含多个层，作为一例，可以包含第一层110、第二层120以及第三层130。

此外，所述第一层110、第二层120以及第三层130分别可以为单一的层，或者所述第一层110、第二层120以及第三层130分别可以是具有包含至少2个层的多层结构的层。

所述接地面210可布置于所述电介质基板100的第一层110，所述馈线220可布置于所述电介质基板100的第一层110，此时，所述馈线220可以与所述接地面210物理地分离，而且为了执行通信，可以电连接到外部的电路部。

作为一例，在所述电介质基板100的第一层110为一个单一的层的情况下，所述接地面210和馈线220可以以相互电分离的方式布置于所述电介质基板100的第一层110。

作为另一例，在所述电介质基板100的第一层110为多个层叠结构的情况下，所述接地面210和馈线220可以布置于所述电介质基板100的第一层110中的互不相同的层。

参考图1，所述贴片天线400可以布置于所述电介质基板100的第三层130，并可以包含多个单位天线400-1～400-8，所述单位天线的一部分通过导体过孔(图2的600)而与所述馈线220连接。此时，所述贴片天线400可以是微带天线(microstripantenna)。

所述多个单位天线400-1～400-8可以分别为了实现馈送而通过所示导体过孔(图2的600)电连接于所述馈线220。

图2中，示出所述多个单位天线400-1～400-8中的第一单位天线400-1的剖面结构，而且这种结构可同样被适用于其他单位天线。

所述人工磁导体500可以布置于所述电介质基板的第二层120，从而在所述贴片天线400和所述导体区域200之间阻止与所述贴片天线400和所述导体区域200之间的干涉。

通常，磁导体(magneticconductor)对应于一般的电导体(electricconductor)，因此在电导体的表面上，电场的切线分量几乎为0，然而在磁导体的表面上，磁场的切线分量几乎为0。因此，磁流将无法流向电导体的表面；相反地，电流将无法流向磁导体的表面。

由于这种磁导体的性质，磁导体在电路学上于特定的频率下具有相当高的电阻，即，作用为开放电路的功能的成分。作为一例，这种磁导体可以通过人为的制作方式将铜、银或者金等导电体构成为特定的几何结构(例如，单位单元反复的布置结构)，从而使其具有磁导体的特征，此时将如此人为地制作的磁导体称为人工磁导体(artificialmagneticconductor：amc)。

通常，人工磁导体具有针对特定频率没有反射波相位变化的部分，在本发明的一实施例中，利用这种人工磁导体的性质。

作为一例，根据本发明的一实施例的人工磁导体500可以具有多个图案形状以预设的间隔彼此相隔而反复布置的网格结构，以在预设的频率形成谐振。所述网格结构可以形成为由多个图案形状以预设的间隔彼此相隔而反复布置的结构，以在预设的频率形成谐振。

在此，通过所述人工磁导体500的谐振而产生的谐振频率可以被设定为与通信频率相同。在此情况下，在入射有与所述谐振频率相同的频率的信号的情况下，所反射的信号的相位将会与入射的信号相同，从而入射信号和反射信号至少不会彼此引起相消干涉，尤其，可以通过相长干涉而对信号辐射产生协同效果(synergisticeffect)。

作为一例，所述人工磁导体500可以布置于所述电介质基板100的第2层120的整体。

与此不同，所述人工磁导体500可以在所述电介质基板100的第2层120中布置于与所述多个单位天线400-1～400-8沿垂直方向交叠的区域。

如上所述，随着所述人工磁导体500布置于所述贴片天线400和所述导体区域200之间，如果将借助所述人工磁导体500的谐振频率设定为与通信频率相同，则通信频率的信号的相位将会与借助人工磁导体500而反射的信号的相位相同，因此，可以执行将所述贴片天线400和导体区域200的接地面210分离的功能以及将所述贴片天线400和导体区域200的馈线220分离的功能。

据此，贴片天线400可以不受其下部的导体区域200所包含的接地面210以及馈线220所引起的信号干涉，能够顺利地执行天线的操作。

例如，在阵列天线结构中，在其他天线的馈线或传输线布置在贴片天线400的下侧的情况的情况下，如果没有人工磁导体，则导致贴片天线的接地不均匀，从而也可能导致天线的特性劣化，但是在利用人工磁导体500的情况下，复杂的传输线和贴片天线将会借助所述人工磁导体而被分离，因此贴片天线可以不受信号干涉地执行天线的操作。

如上所述，如果在贴片天线和导体区域之间布置有人工磁导体，则即便是所述贴片天线和导体区域之间的间隔较窄，也可以借助人工磁导体而阻断信号干涉，因此与不利用人工磁导体的情况相比，可以以相对小型化的方式制作阵列天线。

图3是示出根据本发明的实施例的单位天线的结构的第二示例图，其图3是示出图1的a1-a2线剖面结构的图。

如果比较图3的单位天线和图2的单位天线，则与图2所图示的单位天线具有一个导体过孔600的情况不同地，图3的单位天线可以包含两个导体过孔600-1、600-2。

作为一例，所述多个单位天线400-1～400-8各自的导体过孔600可以包含电连接于双极性馈线的两个导体过孔600a、600b，以收发双极化信号。

在此，双极性馈送的优点在于：能够对具有垂直或水平极化的信号均执行收发，因此可以增加数据容量，而且在由周围环境(尤其，金属物体)反射的信号导致极化波变形的情况下也能够收发信号。为了将这种信号分别施加到天线辐射元件，可以利用导体过孔而直接进行馈送。作为一例，线性极化型的双极性馈送天线可以使用垂直极化和水平极化馈线而构成，作为另一例，圆极化型的双极化天线可以使用左旋圆极化(lhcp)和右旋圆极化(rhcp)元件而构成。

图4是示出根据本发明的实施例的单位天线的主天线贴片以及子天线贴片的结构的示例图。

参照图，所述多个单位天线400-1～410-8分别可以包含主天线贴片400-1a和子天线贴片400-1b。

所述主天线贴片400-1a的一部分可以通过所示导体过孔600-1、600-2而连接到所述馈线。

所述子天线贴片400-1b与所述主天线贴片400-1a布置于不同的层，而且所述子天线贴片400-1b可以与所述主天线贴片400-1a电磁结合。

所述主天线贴片400-1a可以包含第一天线贴片pt10以及多个寄生贴片pt11-pt14。

作为一例，第一天线贴片pt10可以通过所示导体过孔600-1、600-2而连接到所述馈线。

作为一例，所述多个寄生贴片pt11-pt14与所述第一天线贴片pt10可以布置于相同的层，而且所述多个寄生贴片pt11-pt14可以与所述第一天线贴片pt10电磁结合。

所述子天线贴片400-1b可以包含第二天线贴片pt20和多个寄生贴片pt21-pt24。

所述第二天线贴片pt20可以与所述第一天线贴片pt10交叠而电磁结合。

所述多个寄生贴片pt21-pt24与所述第二天线贴片pt20可以布置于相同的层，而且所述多个寄生贴片pt21-pt24可以与所述第二天线贴片pt20电磁结合。

此外，所述主天线贴片400-1a和所述子天线贴片400-1b可以以预设的高度h相隔，而且该高度h可以被确定为能够使所述主天线贴片400-1a和所述子天线贴片400-1b通过彼此电磁结合而执行阵列天线的功能。

图5是示出根据本发明的实施例的人工磁导体的结构的示例图。

参照图5，所述人工磁导体500可以借助所述多个图案形状510以预设的间隔d隔离而形成的网格结构，在预设的频率形成谐振，并且还能够等价地表现为电感以及电容的谐振电路。

所述间隔d可以以如下方式被确定：所述多个图案形状510可通过彼此电磁结合而在预设的频率进行谐振。

另外，在形成所述人工磁导体500的电介质基板100的第二层120可以贯通有所述导体过孔600a、600b，此时，在所述导体过孔中并没有形成人工磁导体500。

作为一例，由所述人工磁导体500的谐振引起的谐振频率可以被设定为与通信频率相同。作为一例，在通信频率为60ghz的情况下，所述谐振频率可以被设定为60ghz。

如上所述，对具有与所述谐振频率相同的频率的信号而言，借助所述人工磁导体500的反射波和入射波的相位相同，从而入射的信号可以不受到反射的信号的相消干涉。

即，所述人工磁导体500可以阻断所述贴片天线400和所述导体区域200之间的相消干涉。

作为一例，如图5所示，所述人工磁导体500的图案形状可以为四边形形状，可以为三角形形状，也可以为圆形形状，其无需局限于特定的形状。

在此，如果以周期性地反复的方式布置多个图案形状，并利用pec(理想电导体：perfectelectricconductor)和pmc(理想磁导体：perfectmagneticconductor)的边界(boundary)设定，则可以形成如上所述的在特定的频率形成谐振的网格结构。作为一例，对所述人工磁导体500的图案而言，通过周期性地、适当地布置远比所述频率的波长短的网格间隔(1/10的波长以下)的特定结构，可以在宏观的观点上获取均匀介质的特性。

图6的(a)、(b)是示出根据本发明的实施例的人工磁导体的操作说明图。

图6的(a)在阵列天线不包含人工磁导体的情况下，存在着如上的缺点：在入射的信号和反射的信号的相位不满足相长干涉条件时，由于入射以及反射过程中的相位偏移(phaseshift)，作为一例，在从贴片天线400入射到导体区域200时发生π/2(90度)的相位偏移，并且在从导体区域200反射到贴片天线400时发生π/2(90度)的相位偏移，从而将会具有整体180度的差异，结果，入射的信号和反射的信号之间将会形成180度的相位差，因此由于入射信号和反射信号之间的干涉而发生信号的相消衰减。

如上所述，在不包含人工磁导体的情况下，为满足相长干涉条件，贴片天线和导体区域之间的间隔需维持λ/4的间隔，因此难以制造为紧凑的结构。

图6的(b)在阵列天线包含人工磁导体的情况下，如上所述，在借助人工磁导体的谐振频率与通信频率相同的情况下，没有针对贴片天线和导体区域之间的间隔的特别的条件，而且在即便使导体区域400上的人工磁导体500与贴片天线400之间的间隔小于λ/4的方式制作的情况下，也不会在从贴片天线400入射到导体区域200时发生相位偏移，在从导体区域200反射到贴片天线400时也不会发生相位偏移，结果，入射的信号和反射的信号的相位变得相同，因此不存在两个信号之间的相位差，因此不会发生相位差所导致的信号的相消干涉，据此，可以阻断相消干涉可能导致的信号的衰减。

如上所述，在根据本发明的一实施例的阵列天线包含人工磁导体的情况下，无需为实现相长干涉而使贴片天线和导体区域之间的间隔维持λ/4的间隔，可以将贴片天线和导体区域之间的间隔制作为相比λ/4更靠近，因此可以实现小型化制作。

图7是示出根据本发明的实施例的人工磁导体的按频率的反射相位特性的曲线图。

作为一例，图7示出了针对将由人工磁导体500的谐振引起的谐振频率设定为与通信频率相同的频率的情况的仿真曲线图。

参照如图7所示的曲线图，其表示人工磁导体的基于频率的反射相位特性，参照该曲线图可知，在60ghz下，入射信号与反射信号之间的相位差为0度。

图8是示出根据本发明的实施例的人工磁导体的表面电流的示例图。

参照图8，在电介质基板100中的上部的贴片天线400中的电流和借助下部的人工磁导体500的电流互相以大小上升的方向分布的情况下，不但没有相消干涉，还互相引起相长干涉效果，因此贴片天线400的电波辐射不会受到阻碍，且会发生辐射效率上升的效果。

在此情况下，如果利用人工磁导体(amc：artificialmagneticconductor)500而将贴片天线400以与包含其下部的馈线或传输线的导体区域彼此相隔的方式布置，则即使复杂的结构的传输线位于贴片天线的下部，贴片天线的性能也不会劣化。

此外，如图1所示，针对根据本发明的一实施例而采用人工磁导体(amc)500的阵列天线400的8个单位天线400-1～400-8各自的增益和效率(本发明)与针对未采用人工磁导体(amc)500的现有的阵列天线的增益和效率(现有)被对比成如下表1所示。

在此，将8个单位天线400-1～400-8按顺序而分别称为贴片1、贴片2、贴片3、贴片4、贴片5、贴片6、贴片7以及贴片8。

[表1]

参照所述表1，可以确认：根据本发明的一实施例而利用人工磁导体的阵列天线的情况相比现有的阵列天线的情况，提高了大约0.5～2.5dbi的增益，而且其效率也大约增加了10％以上。

因此，对利用人工磁导体的阵列天线的情况而言，可以实现更为小型化的制作，因此可以提高其增益以及效率。

根据如上所述的本发明的实施例，可以利用人工磁导体的反射相位与入射相位相同的特性而使贴片天线和馈线彼此没有影响力，从而改善性能，而且可以防止可在现有的小型阵列天线有可能发生的性能劣化，进而可以确保相对较高的增益和效率，尤其具有可以实现小型化的优点，并且如果将此采用到便携式电子设备，则可以期待实现更为高效的无线通信系统的优点。