KR100980774B1 - 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 ｍｉｍｏ 안테나 - Google Patents

아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 ｍｉｍｏ 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아이솔레이션 에이드(NIA: Noble Isolation Aid)를 통해서 안테나 소자 간의 간섭을 방지하는 전자기기 내에 구비되는 초소형 MIMO 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 제1 안테나 소자; 제2 안테나 소자; 및 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자 사이에 위치하며, 소정의 접지부에 접지되는 포크(fork) 형상의 아이솔레이션 에이드;를 포함하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나가 개시된다.

Description

아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 ＭＩＭＯ 안테나{Internal MIMO antenna having isolation aid}
본 발명은 내장형 안테나 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아이솔레이션 에이드를 통해서 안테나 소자 간의 간섭을 방지하는 전자기기 내에 구비되는 초소형 MIMO 안테나에 관한 것이다.
종래의 이동통신 시스템에서는 단일 안테나 또는 내/외장형을 혼합한 안테나를 사용하였다. 하지만, 최근에는 이동 단말기에 대한 소형화, 슬림화 요구와 함께 단말기의 미관을 고려한 내장형 안테나가 선호되고 있다. 한편, 무선 이동통신 기술을 이용한 고속 멀티미디어 서비스 등에 대한 요구에 따라 이동통신 시스템에서의 통신용량 증대는 계속 가속화되고 있는 상황이다. 결국, 안테나의 소형화와 증가된 통신용량 및 통신의 신뢰성을 모두 만족시킬 수 있는 광대역 이동통신 시스템용 안테나 기술에 대해 관심이 커지고 있는 것이다.
이에 따라 제안된 기술이 최근 각광을 받고 있는 미모(MIMO : Multi-Input Multi-Output) 또는 다이버시티(Diversity)를 이용한 안테나 기술이다.
여기서, 먼저 안테나란 전기적 신호를 소정의 전자기파로 변환하여 자유공간으로 방사하거나 그 반대의 동작을 수행하는 부품을 의미한다. 안테나가 전자기파를 복사 또는 감지할 수 있는 유효 영역의 형태를 일반적으로 방사패턴(radiation pattern)이라 한다.
이러한 미모(MIMO)를 이용한 방식은 기지국과 휴대 단말기의 안테나를 각각 2개 이상으로 늘려 데이터를 여러 경로로 전송하고, 수신단에서 각각의 경로로 수신된 신호를 검출하는 다중 입력 다중 출력의 방식이다. 이와 같이, MIMO 안테나는 전송되는 데이터의 신뢰도를 높일 수 있으며, 데이터 통신 확대 등에 따른 이동통신 전송량 한계를 극복할 수 있다는 장점이 있다.
하지만, MIMO 안테나를 슬림형 이동통신 단말기 내부 공간에 내장하기 위해서는, 내장된 각 안테나 사이의 전자기적 상호간섭(mutual coupling)으로 불충분한 격리도(isolation)로 인한 송수신 성능 저하를 극복할 수 있어야 한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 안테나 사이의 거리를 λ/2 이상 (여기서, λ는 안테나가 방사하는 전파의 파장이다.) 떨어뜨리는 방안을 생각할 수 있다. 하지만, 소형 안테나 시스템에서는 안테나가 설치되는 공간이 제약되기 때문에 안테나 간 거리를 이격시키는 방법으로는 상기 문제를 해결할 수 없다.
이에 최근에는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 배열된 다중 안테나 사이에 3차원 구조의 차단막(shielding wall)을 형성하여 안테나 도체 사이의 커플링(coupling)을 차단하는 효과로 안테나 소자 간의 상호 간섭이 최소화되도록 하는 방안이 제안되었다. 그러나 차단막을 형성할 경우 안테나의 전체 체적의 증가와 제조시의 어려움 그리고 제조 비용이 높아지는 문제가 야기된다.
또 다른 방법으로, 여러 개의 안테나가 공동으로 접지된 그라운드에 슬롯과 슬릿을 삽입하여 각각의 안테나가 독립된 그라운드를 가지게 됨으로써 상호 간섭을 방지하는 방안이 제시되었다. 그러나 이러한 방법 역시 안테나를 기타 전자 부품에 장착할시에 불편함과 어려운 문제점이 있고, 이로 인해 안테나를 장착할 수 있는 대상이 한정되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 협소한 내부 공간에 안테나 어레이를 구현할 수 있도록 구조를 소형화하면서도, 안테나 간에 발생할 수 있는 상호 간섭을 최소화할 수 있는 내장형 MIMO 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나는, 제1 안테나 소자; 제2 안테나 소자; 및 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자 사이에 위치하며, 소정의 접지부에 접지되는 포크(fork) 형상의 아이솔레이션 에이드;를 포함한다.
바람직하게, 상기 아이솔레이션 에이드는, 서로 평행하게 배치되는 다수의 스트립 라인과, 상기 다수의 스트립 라인들을 서로 연결하는 스트립 연결부와, 상기 소정의 접지부에 상기 스트립 연결부를 접지시키는 접지부로 이루어진다.
아울러, 상기 다수의 스트립 라인은, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자와 평행한 형태로 배치되고, 세 개의 스트립 라인으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 아이솔레이션 에이드는, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자로부터 방사되는 전자기파를 반사하여, 서로 아이솔레이션 에이드의 반대방향으로 최대 지향성을 가지므로, 안테나 간의 간섭 현상을 상쇄시키는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는, 신호 회로와 연결되어 각각을 급전시키는 급전부를 더 포함하고, 상기 소정의 접지부에 연결되어 접지시키는 연결 접지부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 아이솔레이션 에이드는, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자로부터 유기되는 전류를 흡수하여, 서로 간에 상호 유기되는 전류를 격리시키고, 상기 아이솔레이션 에이드의 도체 선로의 길이에 따른 인덕턴스 성분과, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자와의 간격 그리고 상기 아이솔레이션 에이드의 복수의 도체 선로 간의 간격에 따른 캐패시턴스 성분에 의해 유발되는 병렬 공진 현상을 이용하여 대역 저지 필터의 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 아이솔레이션 에이드는, 세 개의 스트립 라인으로 이루어지며, 상기 제1 안테나 소자와의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Cg1, 상기 제2 안테나 소자와의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Cg2, 첫 번째 스트립 라인과 두 번째 스트립 라인과의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Ciag1, 두 번째 스트립 라인과 세 번째 스트립 라인과의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Ciag2라 하고, 상기 세 개의 스트립 라인의 길이에 따른 인덕턴스 성분을 각각 Lig1, Lig2, Lig3라 하고, 상기 제1, 제2 안테나 소자 사이의 간섭을 상쇄시킬 주파수 대역을 fBSP 라하면, 아래의 수학식을 만족하도록 설계되는 것이 바람직하다.
Figure 112010002254086-pat00001
나아가, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는, 상기 아이솔레이션 에이드를 중심으로 대칭되게 위치하고, 각각 λ/4의 전체 길이를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, λ 는 안테나 소자에서 출력되는 전파의 파장이다.
아울러, 상기 제1 안테나 소자, 상기 제2 안테나 소자 및 상기 아이솔레이션 에이드는, Metal press, FPCB, Pad printing, In molding 및 Sputtering 공정을 통해 형성되고, 절연성 수지로 이루어진 안테나 프레임 위에 형성하여 고정하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 급전부는, C-clip 및 Vogo-pin 으로 이루어져 상기 신호 회로와 접속하거나 커플링 결합하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, MIMO 안테나 구현시에 안테나 소자 사이에 포크 형상의 아이솔레이션 에이드를 배치하여, 한정된 공간에서도 안테나 간의 상호 간섭을 최소화할 수 있어, MIMO 안테나 전체를 소형화할 수 있으며 광대역에서도 높은 격리도 특성을 확보하여 안테나 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 의하면 아이솔레이션 에이드를 효과적으로 설계하여 안테나 소자 간의 주파수 대역 저지 필터의 역할을 수행하도록 할 수 있어, 보다 효율적이고 능동적으로 안테나 간의 간섭을 차단할 수 있는 효과를 제공한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 평면 형상을 나타낸 도면이다.
도 3은 아이솔레이션 에이드가 없는 MIMO 안테나에 대한 반사손실과 격리도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 반사손실 특성과 격리도 특성 및 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 표면에 흐르는 전류의 분포를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나가 장치 케이스 내부에 형성된 구성을 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 평면 형상을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 내장형 MIMO 안테나의 구성을 설명하기로 한다.
도면에서와 같이, 본 발명에 따른 내장형 MIMO 안테나는 안테나 패턴을 고정해주는 안테나 프레임(100) 위에 형성된 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(120) 및 아이솔레이션 에이드(130)를 포함한다.
상기 안테나 프레임(100)은 절연성 수지로 이루어진 기판이나, 휴대폰 내부 케이스에 형성된 절연성 프레임이 될 수 있다. 상기 안테나 프레임(100)은 표면이 돌출된 직사각형 형태를 이룰 수 있다. 상기 안테나 프레임(100)은 예를 들어, 비유전율이 2.9이고 0.02의 유전체 손실을 갖는 폴리카보네이트(polycarbonate)를 이용하여 15 x 8 x 3 mm3의 크기로 0.36cc의 체적을 갖도록 제조할 수 있다. 이를 통해 초소형 단말기에 장착할 수 있는 작은 크기의 내장형 MIMO 안테나를 구현할 수 있다.
상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 상기 안테나 프레임(100) 위에 형성되며, 신호 회로로부터 고주파 신호를 입력받는 급전부(140)와 그라운드(200)에 연결되어 접지되는 접지부(150)를 구비한다. 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 상기 안테나 프레임(100) 위에 후술할 아이솔레이션 에이드(130)를 기준으로 서로 대칭되는 형태로 형성된다. 상기 제1, 제2 안테나 소자(110,120)는 급전부(140)를 통해서 외부의 신호 회로로부터 각각 소정의 고주파 신호를 급전받아 전자기파를 방사하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 급전부(140)는, C-clip 및 Vogo-pin 으로 이루어져 상기 신호 회로와 접속하거나 커플링 결합한다.
상기 아이솔레이션 에이드(130)는 상기 제1 안테나 소자(110)와 상기 제2 안테나 소자(120) 사이의 상기 안테나 프레임(100) 위에 형성되며, 여러 갈래로 갈라진 스트립 라인으로 이루어진다. 바람직하게 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 세 갈래로 갈라진 세 개의 스트립 라인이 포크(fork) 형상으로 배치되어 형성된다. 아울러, 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 상기 그라운드(200)에 연결되어 접지되는 접지부(150)를 구비한다. 즉, 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 서로 평행하게 배치되는 세 개의 스트립 라인과, 이 세 개의 스트립 라인을 서로 연결하는 연결부와, 상기 접지부(150)로 이루어진다. 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 NIA(Noble Isolation Aid)가 이용된다.
나아가, 상기 제1 안테나 소자(110), 상기 제2 안테나 소자(120) 및 상기 아이솔레이션 에이드(130)는, Metal press, FPCB, Pad printing, In molding 및 Sputtering 공정을 통해 형성되고, 상기 안테나 프레임(100) 위에 형성하여 고정한다.
또한, 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 상기 제1 안테나 소자(110)와 상기 제2 안테나 소자(120)와 평행한 형태로 배치된다. 즉, 상기 포크 형상인 세 개의 스트립 라인이 안테나 소자들과 서로 평행하게 배치된다. 이를 통해, 상기 세 개의 스트립 라인들 사이는 일정한 간격을 유지할 뿐 아니라, 상기 외곽의 스트립 라인이 상기 제1 안테나 소자(110) 및 제2 안테나 소자(120)와도 일정한 간격을 유지하게 된다.
상기 아이솔레이션 에이드(130)는 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)로부터 방사되는 전자기파를 반사하여, 서로 간의 간섭 현상을 상쇄시키는 역할을 수행한다. 또한, 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 접지부(150)를 통해서 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)로부터 그라운드(200)를 경유해 유기되는 전류를 흡수하여, 안테나 소자 서로간에 상호 유기되는 전류를 격리시키는 역할을 수행한다.
상기 제1, 제2 안테나 소자(110,120) 및 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 상기 안테나 프레임(100) 위에 단일 FPCB(Plexible Printed Circuit Board) 형태로 인쇄된다. 또는, FPCB 형태로 인쇄한 후 상기 안테나 프레임(100) 위에 부착하여 형성할 수 있다. 이를 통해, 도 8에서 도시된 바와 같이 휴대폰 또는 단말기의 내부 케이스(C)에 FPCB 형태로 인쇄된 본 발명에 따른 내장형 MIMO 안테나(M)를 부착할 수 있다. 또한, 단말기 내부 케이스(C)에 상기 제1, 제2 안테나 소자(110,120) 및 상기 아이솔레이션 에이드(130)들의 패턴(M)을 직접 인쇄하여 적용할 수도 있다. 이처럼 단말기 내부 케이스(C)에 직접 인쇄할 경우에는 C-clip 또는 vogo-pin과 연동하여 상기 제1,제2 안테나 소자(110,120) 및 상기 아이솔레이션 에이드(130)의 접지부(150)를 접지면에 연결하도록 한다.
나아가, 상기 제1,제2 안테나 소자(110,120) 및 상기 아이솔레이션 에이드(130)를 판금(sheet metal)으로 제조하여 상기 안테나 프레임(100)에 직접 융착하여 형성할 수 있다. 이와 같은 방식을 이용하면 무선 랜용 USB 동글 타입과 이동통신 단말기와 같은 초소형 단말기에 유용하게 적용할 수 있다.
상기 도면의 그라운드(200)는 상기 제1,제2 안테나 소자(110,120) 및 상기 아이솔레이션 에이드(130)의 접지부(150)와 연결되어 소자들을 접지시키는 역할을 수행한다. 상기 그라운드(200)는 예를 들어, 비유전율이 4.4인 FR-4 기판을 이용하여 35 x 60 x 1 mm3의 크기로 제조할 수 있다.
아울러, 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 다양한 형상을 갖는데, 바람직하게는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 형상으로 이루어진다. 또한, 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)는 수신되는 신호 전파의 파장 및 출력되는 신호 전파의 파장을 λ라고 했을때, 각각 λ/4의 전체 길이를 갖도록 형성된다.
또한, 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 포크 형상의 세 개의 스트립 라인에 길이에 따른 인덕턴스(Inductance) 성분과, 세 개의 스트립 라인 사이의 간격 및 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(120)와 상기 아이솔레이션 에이드(130)의 외곽의 스트립 라인과의 이격된 간격에 따른 캐패시턴스(Capacitance) 성분에 의해서 병렬 공진 형상이 유발된다. 이를 통해서 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 특정 대역의 주파수만 통과시키지 않는 형태의 필터인 대역 저지 필터(Band Stop Filter)로 동작하게 된다.
이와 같은 인덕턴스(L) 성분과 캐패시턴스(C) 성분에 따른 공진 주파수 f는 아래의 수학식1과 같은 자기장과 전기장의 조합으로 나태낼 수 있다.
Figure 112010002254086-pat00002
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나는, 상기 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(120) 그리고 상기 아이솔레이션 에이드(130)를 설계할 때에 상기와 같은 대역 저지 필터로 동작할 수 있도록 한다.
이를 위해, 도 2에서와 같이, 포크 형상의 아이솔레이션 에이드(130) 중 세 개의 스트립 라인 각각의 길이에 따른 인덕턴스 성분을 각각 Lia1, Lia2, Lia3라고 하고, 상기 제1 안테나 소자(110)와 제1 스트립 라인 사이의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Cg1, 상기 제2 안테나 소자(120)와 제3 스트립 라인 사이의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Cg2, 상기 제1 스트립 라인과 제2 스트립 라인 사이의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Ciag1, 상기 제2 스트립 라인과 제3 스트립 라인 사이의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Ciag2라고 하면, 상기 제1 안테나 소자(110)와 제2 안테나 소자(120) 사이의 간섭을 상쇄할 대역 저지 대상의 주파수를 fBSP라고 할 경우 아래의 수학식2를 만족하도록 설계하여 각 소자들을 형성하도록 한다.
Figure 112010002254086-pat00003
위와 같은 수학식을 통해서 안테나 소자 사이에 삽입된 아이솔레이션 에이드의 간격과 길이에 의해 캐패시턴스 성분과 인덕턴스 성분을 조절하여 어느 주파수 대역에서든 대역 저지 필터로 활용할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 대역저지필터 동작은 특정 주파수에서만 이용되는 것이 아니고, 다양한 다른 대역의 주파수에서도 이용 가능한 효과가 있다.
아울러, 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 안테나 소자 간에 영향을 미치던 전류의 경로를 흡수하여, 다른 안테나 소자로 유도되는 전류를 효과적으로 차단할 수 있다. 또한, 상기 아이솔레이션 에이드(130)는 반사판(reflector) 역할도 함께 수행하여, 안테나 소자 간의 복사패턴의 최대 지향성은 서로 반대방향으로 형성되어 ECC(Envelope Correlation Coefficient) 역시 크게 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나는 PIFA 이외에도 모노폴 안테나, IFA(Inverted F Antenna) 등 다른 형상을 갖는 안테나 소자를 이용하여도 독립적인 안테나를 형성할 수 있다. 또한, 상기 아이솔레이션 에이드(130) 역시 포크 형상 이외에도 다양한 형상으로 이루어 질 수 있다.
도 3은 아이솔레이션 에이드가 없는 MIMO 안테나에 대한 반사손실과 격리도 특성을 나타낸 그래프이다.
도면에서와 같이 아이솔레이션 에이드가 없는 경우에는, 아이솔레이션 에이드에 의한 길이의 감소로 인하여 공진 주파수는 높은 쪽 주파수로 이동하며, 동작 대역폭 내에서 -5.8dB 이하의 매우 낮은 격리도 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 반사손실 특성과 격리도 특성 및 효율 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 내장형 MIMO 안테나의 대역폭은 임피던스 정합 정도를 나타내는 전압정재파비(이하, VSWR이라 한다) VSWR > 3을 기준으로 시뮬레이션 결과 2378 ~ 2485 MHz의 대역폭을 갖고, 동작 대역폭 안에서 최소 -20.6dB, 최대 -29.1dB의 우수한 격리도 특성을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 측정 결과 VSWR < 3 을 기준으로 2300 ~ 2380 MHz의 대역폭을 갖고, 동작 대역폭 안에서 최소 -18dB, 최대 -29dB의 우수한 격리도 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 내장형 MIMO 안테나의 효율은 전파 무반사실에서 측정하였으며, 시뮬레이션 결과와 거의 유사한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 시뮬레이션 결과 동작 대역폭 내에서 36.2% 이상의 효율을 갖으며, 측정 결과 동작 대역폭 내에서 45.0% 이상의 효율을 갖는다. 따라서, 소형으로 구현했음에도 비교적 높은 효율 특성을 확보할 수 있어, 안테나 동작시 안정적으로 구동할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 표면에 흐르는 전류의 분포를 나타낸 도면이다.
도면에서, 우선 아이솔레이션 에이드가 없는 (a1), (a2)의 경우를 살펴보면, 제1 안테나 소자에만 급전할 경우 급전하지 않는 제2 안테나 소자로 많은 전류가 유기되어 다중 안테나 간의 전자기적인 상호 간섭과 전자기적 결합에 의하여 격리도 특성이 크게 저하되는 부분을 확인할 수 있다.(a1) 반대의 경우로 급전했을 때에도 동일한 특성을 나타낸다.(a2)
반면에, 본 발명에 따른 아이솔레이션 에이드가 구비된 안테나의 경우 즉, (b1), (b2)의 화면을 살펴보면, 제1 안테나 소자에만 급전된 경우 제2 안테나 소자로 유기된 전류들이 아이솔레이션 에이드로 전류가 유기되어, 제2 안테나 소자로는 전류가 흐르지 않음을 알 수 있다. 이러한 특성 변화는 제2 안테나 소자로 유기되는 전류의 방향이 아이솔레이션 에이드가 λ/4 보다 약간 긴 길이를 가짐으로 전류의 경로가 변경되기 때문이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나의 3D 복사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7 (a)는 제1 안테나 소자에 급전이 이루어진 경우의 복사 패턴이고, 도 7 (b)는 제2 안타네 소자에 급전이 이루어진 경우의 복사 패턴을 나타낸다. 도면에서와 같이, 각각의 안테나 소자에 급전이 이루어질 경우 아이솔레이션 에이드에 의해 전자기파를 반사하여 서로 반대 방향으로 최대 지향성을 가지게 되므로, 다른 안테나로의 복사가 차단됨을 알 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 안테나 프레임 110 : 제1 안테나 소자
120 : 제2 안테나 소자 130 : 아이솔레이션 에이드
140 : 급전부 150 : 접지부
200 : 그라운드

Claims (15)

  1. 제1 안테나 소자;
    제2 안테나 소자; 및
    상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자 사이에 위치하며, 소정의 접지부에 접지되는 포크(fork) 형상의 아이솔레이션 에이드;를 포함하되, 상기 아이솔레이션 에이드는, 세 개의 스트립 라인으로 이루어지며, 상기 제1 안테나 소자와의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Cg1, 상기 제2 안테나 소자와의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Cg2, 첫 번째 스트립 라인과 두 번째 스트립 라인과의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Ciag1, 두 번째 스트립 라인과 세 번째 스트립 라인과의 이격 거리에 따른 캐패시턴스 성분을 Ciag2라 하고, 상기 세 개의 스트립 라인의 길이에 따른 인덕턴스 성분을 각각 Lig1, Lig2, Lig3라 하고, 상기 제1, 제2 안테나 소자 사이의 간섭을 상쇄시킬 주파수 대역을 fBSP 라하면, 아래의 수학식을 만족하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
    Figure 112010037949254-pat00013
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 에이드는,
    서로 평행하게 배치되는 다수의 스트립 라인과,
    상기 다수의 스트립 라인들을 서로 연결하는 스트립 연결부와,
    상기 소정의 접지부에 상기 스트립 연결부를 접지시키는 접지부로 이루어진 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 스트립 라인은,
    상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자와 평행한 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 에이드는,
    세 개의 스트립 라인으로 이루어진 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 에이드는,
    상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자로부터 방사되는 전자기파를 반사하여, 서로 간의 간섭 현상을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,
    신호 회로와 연결되어 각각을 급전시키는 급전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,
    상기 소정의 접지부에 연결되어 접지시키는 연결 접지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 에이드는,
    상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자로부터 유기되는 전류를 흡수하여, 서로 간에 상호 유기되는 전류를 격리시키는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 아이솔레이션 에이드는,
    상기 아이솔레이션 에이드의 도체 선로의 길이에 따른 인덕턴스 성분과, 상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자와의 간격 그리고 상기 아이솔레이션 에이드의 복수의 도체 선로 간의 간격에 따른 캐패시턴스 성분에 의해 유발되는 병렬 공진 현상을 이용하여 대역 저지 필터의 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,
    상기 아이솔레이션 에이드를 중심으로 대칭되게 위치하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는,
    각각 λ/4의 전체 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
    - λ 는 안테나 소자 동작 대역의 중심 주파수의 파장
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 소자, 상기 제2 안테나 소자 및 상기 아이솔레이션 에이드는,
    Metal press, FPCB, Pad printing, In molding 및 Sputtering 공정 중 어느 한 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 소자, 상기 제2 안테나 소자 및 상기 아이솔레이션 에이드는,
    절연성 수지로 이루어진 안테나 프레임 위에 형성하여 고정하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 급전부는, C-clip 및 Vogo-pin 중 어느 하나를 이용하여 상기 신호 회로와 접속하거나 커플링 결합하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 에이드를 구비한 내장형 MIMO 안테나.
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