KR100905931B1 - 빔 조향 프린트형 역 ｆ 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하층 및 상층을 갖는 2층구조로 형성되되, 소정의 유전율을 갖으며 접지 기능을 제공하는 회로기판; 급전선로가 역 'L' 자형으로 연장되어, 하층 회로기판의 하면에 부착되는 제 1 수직소자 및 제 1 수평소자와, 상기 하층 회로기판을 기준으로 제 1 수평소자와 서로 반대면에 위치하되, 하층 회로기판의 상면에 위치하는 접지면으로부터 또 다른 역 'L' 자형 선로를 형성하는 제 2 수직소자 및 제 2 수평소자와, 상기 제 2 수평소자의 끝단과 제 1 수직소자의 끝단을 연결하는 쓰루홀을 포함하는 방사소자; 상기 제 2 수직소자, 제 2 수평소자 및 접지면과 동일하게 하층 회로기판의 상면에 위치하되, 상기 방사소자의 좌측 및 우측으로부터 각각 소정 간격을 두고 배치되어 있으며, 각각의 소정 길이를 갖는 좌측 소자 및 우측 소자로 이루어진 제 1 무급전 소자; 및 제 1 및 제 2 수평소자와 평행하게 부착되되, 제 1 수직소자와 접지면이 맞닿아 보이는 위치에서 하측방향으로 소정 간격을 두고, 소정 길이 연장되어 2층구조의 회로기판 중, 상층 회로기판의 상면에 부착되는 제 2 무급전 소자; 를 포함한다.
빔 조향, 역 F 안테나, 전후방비

Description

빔 조향 프린트형 역 Ｆ 안테나{Beam steering printed type inverted F antenna}
도 1a 는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 정보기기에 일반적인 모노폴 안테나가 장착된 모습을 나타내는 일예시도.
도 1b 는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 정보기기에 빔 패턴을 조절할 수 있는 프린트형 야기-우다 안테나가 장착된 모습을 나타내는 일예시도.
도 1c 는 본 발명의 일실시예에 따른 옥내의 무선 랜 사용양상을 보여주는 일예시도.
도 2a 는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 안테나에 관한 구성도.
도 2b 는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 안테나의 방사패턴에 관한 그래프.
도 3a 는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 조향 프린트형 역 F 안테나에 관한 구성도.
도 3b 는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 빔 조향 프린트형 역 F 안테나에 관한 구성도.
도 3c 는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 조향 프린트형 역 F 안테나의 수직편파에 관한 방사패턴 그래프.
도 3d 는 본 발명의 일실시예에 따른 빔 조향 프린트형 역 F 안테나의 수평편파에 관한 방사패턴 그래프.
도 3e 는 본 발명의 일실시예에 따른 제 2 무급전 소자가 부착된 빔 조향 프린트형 역 F 안테나에 관한 구성도.
도 3f 는 본 발명의 일실시예에 따른 제 2 무급전 소자가 부착된 빔 조향 프린트형 역 F 안테나의 방사패턴 그래프.
본 발명은 프린트형 역 F 안테나를 중심으로 좌측 및 우측에 부착된 제 1 무급전 소자와 접지면 사이의 상태를 차단 또는 연결상태로 변화시킴으로써, 좌우측 수평면 방향으로 빔의 조향이 가능함과 아울러, 제 2 무급전 소자를 통해 상측방향으로부터의 수평편파를 수신할 수 있는 빔 조향 프린트형 역 F 안테나에 관한 것이다.
최근 정보화 사회의 발달로 인하여 휴대성을 강조한 소형화 무선 정보기기들의 사용이 늘어나는 추세이다. 이에 사용자들은 공간의 제약에 관계없이 무선 정보전송을 하고자 많은 연구가 진행되어 왔다.
일반적으로, 소형 무선 정보기기에는 모노폴 안테나가 사용된다. 모노폴 안테나는 도 1a 에 도시된 바와 같이, 수평면인 방위각 면에서 동일한 무지향성 방사패턴을 보이는 바, 결과적으로 이득 감소 및 멀티 패스파를 발생시켜 무선 환경의 열화를 초래한다.
이에 따라, 프린트형 모노폴 안테나에 무급전 소자를 부착시켜, 무선기기의 위치변화에 따른 빔의 패턴을 능동적으로 조절할 수 있는 이른바, 프린트형 모노폴 야기-우다 안테나(10)가 제안되었다. 이는 도 1b 에 나타낸 바와 같이, 정보기기 방향으로만 빔 지향을 증가시키는 특성을 갖는다.
그러나, 상기 안테나(10)는 도 1c 에 보인 바와 같이, 천정에 수평편파의 송수신 안테나(20)가 부착되어 있을 경우, 수평편파를 발생시키지 못해 편파효과에 의해 수신 레벨 저하가 초래되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다음과 같은 주요 기술적 과제를 갖는다.
첫째, 프린트형 역 F 안테나를 중심으로 좌측 및 우측에 부착된 제 1 무급전 소자와 접지면 사이의 상태를 차단 또는 연결상태로 변화시킴으로써, 좌우측 수평면 방향으로 빔의 조향이 가능한 안테나를 제공한다.
둘째, 제 2 무급전 소자를 상측방향으로부터의 수평편파를 수신할 수 있는 안테나를 제공한다.
본 발명은 하층(310a) 및 상층(310b)을 갖는 2층구조로 형성되되, 소정의 유전율을 갖으며 접지 기능을 제공하는 회로기판(310); 급전선로가 역 'L' 자형으로 연장되어, 하층 회로기판(310a)의 하면에 부착되는 제 1 수직소자(321a) 및 제 1 수평소자(321b)와, 상기 하층 회로기판(310a)을 기준으로 제 1 수평소자(321b)와 서로 반대면에 위치하되, 하층 회로기판(310a)의 상면에 위치하는 접지면으로부터 또 다른 역 'L' 자형 선로를 형성하는 제 2 수직소자(322a) 및 제 2 수평소자(322b)와, 상기 제 2 수평소자(322b)의 끝단과 제 1 수직소자(321a)의 끝단을 연결하는 쓰루홀(323)을 포함하는 방사소자(320); 를 포함하는 역 F 안테나에 관한 것으로서, 상기 제 2 수직소자(322a), 제 2 수평소자(322b) 및 접지면과 동일하게 하층 회로기판(310a)의 상면에 위치하되, 상기 방사소자(320)의 좌측(A) 및 우측(B)으로부터 각각 소정 간격(D1,D2)을 두고 배치되어 있으며, 각각의 소정 길이(L1,L2)를 갖는 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)로 이루어진 제 1 무급전 소자(330); 및 제 1 및 제 2 수평소자(321b,322b)와 평행하게 부착되되, 제 1 수직소자(321a)와 접지면이 맞닿아 보이는 위치에서 하측방향으로 소정 간격(D3)을 두고, 소정 길이(L3) 연장되어 2층구조의 회로기판(310) 중, 상층 회로기판(310b)의 상면에 부착되는 제 2 무급전 소자(340); 를 포함한다.
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본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미 와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 안테나의 구조 및 특성의 기술에 앞서, 기준이 되는 프린트형 역 F 안테나(이하, '기준 안테나')를 설계하도록 한다.
기준 안테나(200)는 중심주파수 1.81GHz로, 가로 120mm, 세로 78mm 크기를 갖으며, FR4(εr=1.06) 재질로 형성된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)을 사용하여 전송 라인과 접지면 사이에 유전체가 위치하도록 한 마이크로스트립 급전방식을 채택하였다. 본 실시예에서 인쇄회로기판의 재질 및 급전방식을 구체적으로 예시하였으나, 본 발명이 그 재질 및 급전방식에 한정되는 것은 아니다.
기준 안테나(200)는 도 2a 에 도시된 바와 같이, 회로기판(210) 및 방사소자(220)로 구성된다.
회로기판(210)은 소정의 유전율을 갖으며, 통상의 접지(Ground, GND) 기능을 제공한다.
방사소자(220)는, 급전선로가 역 'L' 자형(제 1 소자)으로 연장되어 제 1 수직소자(221a) 및 제 1 수평소자(221b)를 갖으며, 제 1 수평소자(221b)의 배면인 접지면으로부터 또 다른 역 'L' 자형 선로(제 2 소자)가 형성되어 제 2 수직소 자(222a) 및 제 2 수평소자(222b)를 갖는다. 이때, 제 2 수평소자(222b)의 끝단이 상기 제 1 수직소자(221a)의 끝단과 쓰루홀(223)을 통해 연결된다. 즉, 제 1 소자(221a,221b) 및 제 2 소자(222a,222b)는 동일 평면상에 형성되어 전체적으로 역 F 형상을 나타낸다.
이때, 기준 안테나(200)는 도 2b 에 도시된 바와 같이, x-y 평면에서 수직소자 H면의 패턴은 무지향성을 나타내며, -4.78dBd의 이득 특성을 나타내었다. 또한, z-x 평면에서 수평소자의 H면 특성 또한 무지향성을 나타내며, -7.2dBd의 이득 특성을 나타내었다. 본 실시예에서, 수직소자(221a)와 수평소자(222b, 221b)와의 연결은, 수직소자(221a)에 동일평면 또는 배면에 형성시킬 수 있는 바, 본 발명이 상기 소자의 구성형태에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 전술한 기준 안테나를 중심으로 좌우측에 무급전 소자를 각각 부착시켜 최적의 전후방비를 얻을 수 있는 빔 조향 프린트형 역 F 안테나를 제시한다.
본 발명의 특징적인 일양상에 따른 빔 조향 프린트형 역 F 안테나(이하, '역 F 안테나')의 구조 및 특성을 도 3a 내지 도 3f 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
역 F 안테나(300)는 회로기판(310), 방사소자(320) 및 무급전 소자(330)로 구성된다. 회로기판(310) 및 방사소자(320)는 전술한 기본 안테나(200)의 회로기판(210) 및 방사소자(220)와 동일한 구조 및 크기로 제작되었으며, 동일한 기능을 제공한다.
본 발명에 따른 무급전 소자(330)는 도 3a 에 도시된 바와 같이, 방사소자(320)의 좌측(A:전방) 및 우측(B:후방)에 각각 부착되는 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)를 포함한다.
상기 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)는 각각 소정 길이(L1,L2)를 갖으며 방사소자(320)의 좌측 및 우측으로부터 소정 간격(D1,D2)을 두고 부착된다.
이때, 부착되는 무급전 소자(330)와 접지면을 Open(차단) 또는 Short(연결)의 상태로 변화시킴으로써, 안테나의 최적의 전후방비를 측정하도록 한다.
다음에 나타낸 [표-1] 및 [표-2]는 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)의 길이(L1,L2) 및 방사소자와의 간격(D1,D2)에 따른 특성을 각각 나타낸 것으로서, 좌측 소자 및 우측 소자가 접지면과 연결된 상태일 경우만 나타내었다.
Figure 112006077198091-pat00001
[표-1] 좌측 소자의 길이(L1) 및 방사소자와의 간격(D1)에 따른 특성
상기 [표-1] 및 도 3b 에 나타낸 바와 같이, 1.81GHz에서 좌측 소자(331)가 34mm의 길이(L1)를 갖으며, 제 2 수직소자(322a)의 끝단과 24mm의 간격(D1)으로 부착될 경우, -0.97dBd의 이득을 보이며, 전후방비(F.B.R.) 25.32dB로 전후방비 최적의 성능을 나타내었다.
Figure 112006077198091-pat00002
[표-2] 우측 소자의 길이(L2) 및 방사소자와의 간격(D2)에 따른 특성
상기 [표-2] 및 도 3b 에 나타낸 바와 같이, 우측 소자(332)가 32mm의 길이(L2)를 갖으며, 제 1 수평소자(321b)의 끝단과 22mm의 간격(D2)으로 부착될 경우, -1.47dBd의 이득을 보이며, 전후방비(F.B.R.) 18.39dB를 나타내었다.
상술한 바와 같이 최적화된 길이(L1,L2) 및 방사소자와의 간격(D1,D2)을 갖는 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)를 동시에 부착하여 측정된 수직편파 및 수평편파에 대한 방사패턴은 도 3c 및 도 3d 에 나타낸 바와 같다.
역 F 안테나(300)의 방사패턴은 좌측 소자 및 우측 소자와 접지면과의 차단 또는 연결상태에 따라 변화하는 바, 도 3c 을 참조하여 수직편파에 관한 방사패턴 을 살피면, 좌측 소자(331)가 차단(A:Open)되고, 우측 소자(332)가 연결(B:Short)될 경우, -1.02dBd의 이득을 얻으며, 전후방비 17.48dB를 나타내었으며, 좌측 소자(331)가 연결(A:Short)되고, 우측 소자(332)가 차단(B:Open)될 경우, -1.66dBd의 이득을 얻으며, 전후방비 17.03dB를 나타내었다.
또한, 도 3d 를 참조하여 수평편파에 관한 방사패턴을 살피면, 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)가 연결(Short)될 경우, 수신 레벨이 다소 저하되나, 무지향성 특성을 나타내었다.
이로서, 본 발명에 따른 역 F 안테나(300)는, 기준 안테나(200)와 대비하여 좌측으로 조향시 2.25dB, 우측으로 조향시 1.61dB의 이득이 증가되는 바, 좌우 수평면 방향으로 빔의 조향이 가능함을 알 수 있었으며, 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)가 모두 차단(Open)될 경우, 기준 안테나(200)의 특성을 그대로 유지할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 안테나가 설치되어 있는 장치의 자세에 따라 안테나의 z-axis 방향으로 빔 조향을 위해 도 3e 에 도시된 바와 같이, 제 2 무급전 소자(340)를 부착한 안테나를 제시한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 특징적인 일양상에 따른 빔 조향 프린트형 역 F 안테나(300)는, 회로기판(310), 방사소자(320), 제 1 무급전 소자(330) 및 제 2 무급전 소자(340)를 포함한다.
구체적으로, 회로기판(310)은, 하층(310a) 및 상층(310b)을 갖는 2층구조로 형성되되, 소정의 유전율을 갖으며 접지 기능을 제공한다.
또한, 방사소자(320)는 급전선로가 역 'L' 자형으로 연장되어, 하층 회로기판(310a)의 하면에 부착되는 제 1 수직소자(321a) 및 제 1 수평소자(321b)와, 하층 회로기판(310a)을 기준으로 제 1 수평소자(321b)와 서로 반대면에 위치하되, 하층 회로기판(310a)의 상면에 위치하는 접지면으로부터 또 다른 역 'L' 자형 선로를 형성하는 제 2 수직소자(322a) 및 제 2 수평소자(322b), 및 제 2 수평소자(322b)의 끝단과 제 1 수직소자(321a)의 끝단을 연결하는 쓰루홀(323)을 포함한다.
또한, 제 1 무급전 소자(330)는, 제 2 수직소자(322a), 제 2 수평소자(322b) 및 접지면과 동일하게 하층 회로기판(310a)의 상면에 위치하되, 상기 방사소자(320)의 좌측(A) 및 우측(B)으로부터 각각 소정 간격(D1,D2)을 두고 배치되어 있으며, 각각의 소정 길이(L1,L2)를 갖는 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)를 포함한다.
그리고, 제 2 무급전 소자(340)는 제 1 및 제 2 수평소자(321b,322b)와 평행하게 부착되되, 제 1 수직소자(321a)와 접지면이 맞닿아 보이는 위치에서 하측방향으로 소정 간격(D3)을 두고, 소정 길이(L3) 연장되어 2층구조의 회로기판(310) 중, 상층 회로기판(310b)의 상면에 부착된다.
그 결과, 도 3f 에 나타낸 바와 같이, 수평편파의 방사패턴이 상측부분으로 집중됨을 볼 수 있다. 또한, 0도에서 90도(z-x plane y축 편파)로 측정시, 기준 안테나(200)와 비교하여 0도에서의 이득은 0.53dBd 감소되었으나, 전후방비는 12.83dB를 나타내었다.
본 실시예에서, 제 2 무급전 소자(340)는 제 1 및 제 2 수평소자(321b,322b)와 평행하게 부착되되, 제 1 수직소자(321a)와 접지면이 맞닿아 보이는 위치에서 하측방향으로 소정 간격(D3)을 두고, 소정 길이(L3) 연장되어 2층구조의 회로기판(310) 중, 상층 회로기판(310b)의 상면에 부착되는 것으로 설정하겠으나, 제 2 무급전 소자는 그 부착 위치에 한정되지 않으며, 상기 제 2 무급전 소자의 상태를 연결 또는 차단하는 스위치 소자 등이 부착될 수 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아닌 바, 각각 소자는 미인더라인 구조 등과 같이 구부리는 등의 구조적 변형을 통한 소형화가 가능함은 자명한 사실이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 프린트형 역 F 안테나를 중심으로 좌측 및 우측에 부착된 제 1 무급전 소자와 접지면 사이의 상태를 차단 또는 연결상태로 변 화시킴으로써 좌우측 수평면 방향으로 빔의 조향이 가능한 효과가 있다.
그리고, 제 2 무급전 소자를 제 1 및 제 2 수평소자와 평행하도록, 제 1 수직소자의 하측방향으로 부착함으로써, 상측방향으로부터의 수평편파를 수신할 수 있는 효과도 있다.

Claims (5)

  1. 하층(310a) 및 상층(310b)을 갖는 2층구조로 형성되되, 소정의 유전율을 갖으며 접지 기능을 제공하는 회로기판(310);
    급전선로가 역 'L' 자형으로 연장되어, 하층 회로기판(310a)의 하면에 부착되는 제 1 수직소자(321a) 및 제 1 수평소자(321b)와, 상기 하층 회로기판(310a)을 기준으로 제 1 수평소자(321b)와 서로 반대면에 위치하되, 하층 회로기판(310a)의 상면에 위치하는 접지면으로부터 또 다른 역 'L' 자형 선로를 형성하는 제 2 수직소자(322a) 및 제 2 수평소자(322b)와, 상기 제 2 수평소자(322b)의 끝단과 제 1 수직소자(321a)의 끝단을 연결하는 쓰루홀(323)을 포함하는 방사소자(320); 를 포함하는 역 F 안테나에 있어서,
    상기 제 2 수직소자(322a), 제 2 수평소자(322b) 및 접지면과 동일하게 하층 회로기판(310a)의 상면에 위치하되, 상기 방사소자(320)의 좌측(A) 및 우측(B)으로부터 각각 소정 간격(D1,D2)을 두고 배치되어 있으며, 각각의 소정 길이(L1,L2)를 갖는 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)로 이루어진 제 1 무급전 소자(330); 및
    제 1 및 제 2 수평소자(321b,322b)와 평행하게 부착되되, 제 1 수직소자(321a)와 접지면이 맞닿아 보이는 위치에서 하측방향으로 소정 간격(D3)을 두고, 소정 길이(L3) 연장되어 2층구조의 회로기판(310) 중, 상층 회로기판(310b)의 상면에 부착되는 제 2 무급전 소자(340); 를 포함하는 빔 조향 프린트형 역 F 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 무급전 소자(330)의 좌측 소자(331) 및 우측 소자(332)는,
    상기 접지면과 각각 차단 또는 연결되는 것을 특징으로 하는 빔 조향 프린트 형 역 F 안테나.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌측 소자(331)의 소정 길이(L1) 및 제 2 수직소자(322a)와의 간격(D1)은, 1.81GHz에서 각각 34mm, 24mm인 것을 특징으로 하는 빔 조향 프린트형 역 F 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 우측 소자(332)의 소정 길이(L2) 및 제 1 수평소자(321b)와의 간격(D2)은, 1.81GHz에서 각각 32mm, 22mm인 것을 특징으로 하는 빔 조향 프린트형 역 F 안테나.
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