KR101069320B1

KR101069320B1 - 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 ｍｉｍｏ 안테나

Info

Publication number: KR101069320B1
Application number: KR1020110007294A
Authority: KR
Inventors: 정창우; 김철희; 이진우
Original assignee: (주)가람솔루션
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-10-05

Abstract

본 발명은 협소한 공간에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖도록 구조가 개선된 다중대역 MIMO 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 안테나 소자가 배치되는 캐리어; 상기 캐리어의 일단에 위치한 제1 안테나 소자; 상기 캐리어의 타단에 위치한 제2 안테나 소자; 상기 제1 안테나 소자에 연결 접지되며, 상기 캐리어의 중심을 기준으로 상기 제1 안테나 소자에 대칭되는 영역에 위치한 제1 그라운드; 및 상기 제2 안테나 소자에 연결 접지되며, 상기 캐리어의 중심을 기준으로 상기 제2 안테나 소자에 대칭되는 영역에 위치한 제2 그라운드;를 포함하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나가 개시된다.

Description

다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 ＭＩＭＯ 안테나{MIMO antenna having the improved characteristics of SAR in multiband}

본 발명은 다중대역의 MIMO 안테나 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 협소한 공간에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖도록 구조가 개선된 다중대역 MIMO 안테나에 관한 것이다.

최근 무선통신 기술은 이동 통신용 휴대 단말기를 통해 음성 통신 서비스와 더불어 고품질의 멀티미디어 서비스가 제공됨에 따라 LTE(Long Term Evolution)와 같은 차세대 무선 통신 서비스와의 융합이 많은 관심을 받고 있다.

일반적으로 음성통신 서비스를 기반으로 하는 통신시스템은 한정된 주파수 영역 안에서 협대역 채널 특성 위주로 단일 안테나 소자만 사용하는 SISO(Single Input Single Output) 시스템을 많이 사용되고 있다. 그러나, 단일 안테나를 사용하는 SISO 시스템으로는 협대역 채널 안에서 대용량의 데이터를 고속으로 전송하기에는 많은 어려움이 존재하므로 보다 진보된 기술을 필요로 한다.

이에 다수의 안테나를 이용하여 각각의 안테나를 독립적으로 구동하게 하여 데이터 송/수신율을 더 빨리 더 낮은 오류 확률로 전송할 수 있는 차세대 무선 전송 기술인 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 요구되고 있다.

이와 같은 MIMO 시스템은 송/수신단에서 다중 안테나를 이용함으로써, 전체 시스템이 사용하는 주파수 할당을 더 증가시키지 않고도 고속의 데이터 전송을 가능하도록 하여 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다는 이점으로 인하여 널리 사용되고 있다.

또한, 최근 안테나 기술의 추세를 살펴볼 때, 차세대 이동통신 시스템에서는 이동통신 단말기 내에 다수의 안테나 및 저주파 대역의 LTE 대역을 구현해야 하므로 2개 이상의 다중 안테나가 단말기 내에 구현되어야 한다.

아울러, 다수의 안테나 및 저주파 대역의 LTE 대역을 이동통신 단말기에 구현하기 위해서는 저주파 대역을 포함한 광대역 특성을 갖는 안테나가 필요하다. 이와 함께, 저주파 대역에서의 다중대역 및 광대역 특성을 갖기 위해서는 최소한 사용 주파수의 1/4 파장만큼의 충분한 그라운드가 확보되어야 한다.

그러나, 동글 타입 단말기의 경우 1/4 파장보다 작은 그라운드 및 협소한 공간으로 인해 다중대역 및 저주파 대역을 포함하는 광대역 특성을 구현하기 어려운 문제가 있다.

한편, 전자파에 따른 인체 유해성 문제로 전자파흡수율(SAR: Specific Absorption Rate)이란 개념이 대두되었는데, 이 전자파흡수율이란 단위시간, 단위질량에 흡수된 에너지로 생체조직에서의 전자파 에너지의 흡수율을 의미한다. 이 전자파흡수율 측정치가 크면 인체에 악영향을 줄 수 있으므로, 최근 각국에서는 인체에 대한 SAR 수치가 기준치를 넘지 않도록 규제하고 있는 실정이다.

그러나, 동글 타입 단말기의 경우 작은 크기의 그라운드와 협소한 공간을 갖는 특성으로 인해서, 전계강도가 가장 강하게 형성되는 지점(hot spot)이 집중되어 인체에 악영향을 주는 전자파흡수율이 기준치를 넘어가는 문제가 발생하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 동글 타입 단말기에서와 같은 작은 크기의 그라운드 및 협소한 공간에서도 다중대역 및 저주파 대역을 포함한 광대역 특성을 가질 수 있는 개선된 구조의 MIMO 안테나를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, MIMO 안테나의 구조를 개선해 작은 크기의 그라운드와 협소한 공간의 한계 상황에서도 전계강도가 강하게 형성되는 지점을 분산시키도록 하여 전자파흡수율(SAR)이 기준치를 넘지 않도록 하는 데 다른 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 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나는, 안테나 소자가 배치되는 캐리어; 상기 캐리어의 일단에 위치한 제1 안테나 소자; 상기 캐리어의 타단에 위치한 제2 안테나 소자; 상기 제1 안테나 소자에 연결 접지되며, 상기 캐리어의 중심을 기준으로 상기 제1 안테나 소자에 대칭되는 영역에 위치한 제1 그라운드; 및 상기 제2 안테나 소자에 연결 접지되며, 상기 캐리어의 중심을 기준으로 상기 제2 안테나 소자에 대칭되는 영역에 위치한 제2 그라운드;를 포함한다.

또한, 상기 제1 안테나 소자는, 수직 방향의 일 측면에 위치한 복수의 공진체로 이루어진 제1 안테나 패턴과, 상기 제1 안테나 패턴에 연결 접지되며, 상기 수직 방향의 타 측면에 위치한 제3 그라운드 패턴을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1 안테나 패턴과 상기 제3 그라운드 패턴은 신호가 서로 대칭되는 형상으로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 제2 안테나 소자는, 수평 방향의 일 측면에 위치한 복수의 공진체로 이루어진 제2 안테나 패턴과, 상기 제2 안테나 패턴에 연결 접지되며, 상기 수평 방향의 타 측면에 위치한 제4 그라운드 패턴을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 제2 안테나 패턴과 상기 제4 그라운드 패턴은 신호가 서로 대칭되는 형상으로 이루어진다.

아울러, 상기 제1 안테나 소자 또는 상기 제2 안테나 소자는, 격자 형상의 패턴 구조를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.

나아가, 상기 격자 형상의 패턴 구조는, 상기 제1 안테나 소자 또는 상기 제2 안테나 소자에서 전계 강도가 강하게 형성되는 부분에 위치하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는, LTE, GSM850/US Cellular, GSM900 서비스 대역을 지원하기 위한 제1 공진체, 제3 공진체와, GSM1800, GSM1900/US PCS, WCDMA 서비스 대역을 지원하기 위한 제2 공진체, 제4 공진체로 이루어진 안테나 패턴이 형성된 것이 바람직하다.

이와 함께, 상기 캐리어는, LTE 대역을 포함한 광대역 특성을 갖는 동글 타입 단말기에 적용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 복수의 안테나 소자에 각각 서로 대칭되는 위치에 그라운드를 배치하고, 각 안테나 소자의 신호에 대칭하는 형상으로 그라운드 패턴을 형성하여 작은 크기의 그라운드와 협소한 공간에서도 다중대역 및 저주파 대역의 광대역 특성을 갖는 MIMO 안테나를 구현할 수 있는 효과를 제공한다.

아울러, 전계강도가 강하게 형성되는 Hot Spot 지점을 격자 형상의 패턴으로 형성하여, Hot Spot을 분산시켜 안테나로 인한 전자파흡수율(SAR)을 기준치 이하로 유지할 수 있도록 하는 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 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나가 탑재된 동글 타입 단말기의 외관을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나를 단말기에서 분리한 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나의 제1 안테나 소자와 그라운드의 패턴 형상을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나의 제2 안테나 소자와 그라운드의 패턴 형상을 나타낸 도면이다.
도 6은 안테나 소자와 그라운드가 대칭 구조를 이루지 않는 종래의 일반 MIMO 안테나의 광대역 특성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 광대역 특성을 나타낸 도면이다.
도 8은 안테나 소자와 그라운드가 대칭 구조를 이루지 않는 종래의 일반 MIMO 안테나의 광대역 주파수 효율(a)과 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 광대역 주파수 효율(b)의 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 격자 형상 패턴을 갖지 않는 종래의 일반 MIMO 안테나의 전자파흡수율(SAR)과 Hot Spot 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 전자파흡수율(SAR)과 Hot Spot 분포를 나타낸 그래프이다.

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 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나가 탑재된 동글 타입 단말기의 외관을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나를 단말기에서 분리한 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 MIMO 안테나(100)는 동글 타입 단말기(200)에 탑재되어 안테나의 역할을 수행한다. 여기서, 상기 동글 타입 단말기(200)는 그 크기가 매우 작게 제작되므로, 이에 탑재되는 상기 MIMO 안테나(100) 역시 단말기 크기에 제한을 받아 매우 협소한 공간에 구현된다. 또한, 상기 MIMO 안테나(100)는 한정된 공간의 프레임을 갖는 캐리어(110) 위에 안착되어 형성되며, 안테나(100)가 안착된 캐리어(110)를 상기 단말기(200)에 결합하여 탑재한다. 상기 캐리어(110) 위에는 제1 안테나 소자(120)와 제2 안테나 소자(130)가 안착되며, 상기 안테나 소자들(120,130)은 단말기 연결부(140)를 통해 상기 단말기(200)와 연결 접속된다.

즉, 상기 안테나 소자들(120,130)은 상기 단말기 연결부(140)에 각각 연결 접속되고, 상기 단말기 연결부(140)의 접속 단자를 통해 상기 단말기(200)의 회로에서 안테나 접속 단자와 접촉 결합하여, 안테나와 단말기가 연결 접속된다.

또한, 상기 캐리어(110)는 상기 단말기(200)의 외형에 대응하여 긴 바(bar) 형태를 취하고 있으며, 상기 단말기(200)의 상부면에 결합되어 상기 단말기(200)에 탑재된다. 아울러, 도면에서와 같이 상기 캐리어(110)는 상기 단말기(200)에 결합되어 중심축을 기준으로 회전할 수 있는 구조를 취할 수 있다. 이러한 구조를 통해 안테나의 방향을 조절할 수 있다. 그러나 본 발명은 이러한 결합 형태에 한정하지 않고, 다양한 형태로 상기 단말기(200)에 결합하여 탑재될 수 있음은 물론이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나의 제1 안테나 소자와 그라운드의 패턴 형상을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나의 제2 안테나 소자와 그라운드의 패턴 형상을 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 MIMO 안테나를 설명하도록 한다. 먼저, 도 1,2에 도시된 안테나 소자들이 안착되는 캐리어(110)는 이번 도 3 내지 도 5에서는 생략된다. 즉, 한정된 공간의 캐리어(110) 위에 안테나 소자들 및 그라운드 패턴이 형성되어 안착된 형태만이 도시된다.

도면을 살펴보면, 본 발명에 따른 MIMO 안테나(100)는 한정된 크기의 프레임을 갖는 캐리어(110)와 상기 캐리어(110)의 양측에 배치되는 제1 안테나 소자(120)와 제2 안테나 소자(130), 상기 캐리어(110)의 중심선(L1)을 기준으로 상기 제1 안테나 소자(120)에 대칭되는 영역에 위치하는 제1 그라운드(134)와 상기 제2 안테나 소자(130)에 대칭되는 영역에 위치하는 제2 그라운드(124)를 포함한다.

상기 캐리어(110)는 상기 동글 타입 단말기(200)의 소형화된 크기에 따라 한정된 크기를 갖는다. 즉, 소형 단말기의 한정된 협소한 크기에 맞추어 제작되어야 해당 단말기에 탑재될 수 있으므로, 탑재할 단말기의 크기에 한정되는 면적을 갖는다. 상기 캐리어(110)는 도면에서와 같이 단말기의 외형과 유사하게 직사각형 형상의 바(bar) 형태 구조를 갖는다. 아울러, 상기 캐리어(110)는 안테나 소자 패턴 및 그라운드 패턴이 안착되는 프레임의 역할을 수행하며, 절연성 물질로 이루어진다.

상기 제1 안테나 소자(120)는 상기 캐리어(110)의 수평방향 중심선(L1)을 기준으로 일측에 배치되며, 복수의 공진체와 그라운드 패턴이 형성된다. 상기 제1 안테나 소자(120)는 형성되는 복수의 공진체에 따라 특정 서비스 대역의 주파수를 지원하게 된다.

또한, 상기 제1 안테나 소자(120)는 제1 공진체(122)와 제2 공진체(123)로 이루어진 제1 안테나 패턴과, 상기 제1 안테나 소자(120)의 수직 방향의 중심선(L2)을 기준으로 상기 제1 안테나 패턴과 대칭되는 영역에 위치한 제3 그라운드(121)를 포함하여 이루어진다.

상기 제2 안테나 소자(130)는 상기 캐리어(110)의 수평방향 중심선(L1)을 기준으로 상기 제1 안테나 소자(120)가 배치된 타 측면에 배치된다. 상기 제2 안테나 소자(130) 역시 복수의 공진체와 그라운드 패턴이 형성되며, 상기 제2 안테나 소자(130)에 형성된 공진체의 특성에 따라 상기 제1 안테나 소자(120)와 다른 특정 서비스 대역의 주파수를 지원하게 된다.

이와 함께, 상기 제2 안테나 소자(130)는 제3 공진체(132)와 제4 공진체(133)로 이루어진 제2 안테나 패턴과, 상기 제2 안테나 소자(130)의 수평 방향의 중심선(L3)을 기준으로 상기 제2 안테나 패턴과 대칭되는 영역에 위치하는 제4 그라운드(131)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 그라운드(134)는 상기 캐리어(110)의 중심선(L1)을 기준으로 상기 제1 안테나 소자(120)의 대칭되는 영역에 형성되며, 상기 제2 안테나 소자(130)에 형성된 그라운드 패턴의 모든 부분이 포함된다. 즉, 상기 제1 그라운드(134)는 상기 제1 안테나 소자(120)가 배치된 반대측 영역에 존재하는 모든 그라운드 패턴(134)이 대상이 된다. 아울러, 상기 제1 그라운드(134)는 상기 제1 안테나 소자(120)에 연결 접지되어, 상기 제1 안테나 소자(120)에 대한 그라운드 역할을 수행한다. 한편, 이와 같이 상기 제1 안테나 소자(120)에 대칭되는 위치에 제1 그라운드(134)가 배치된 구조를 통해 협소한 공간과 작은 그라운드 면적(동글 타입 단말기의 경우, 1/4 파장보다 작은 그라운드)으로도 다중대역 및 LTE 대역을 포함한 광대역 주파수를 지원할 수 있는 효율성을 제공한다.

또한, 상기 제2 그라운드(124)는 상기 캐리어(110)의 중심선(L1)을 기준으로 상기 제2 안테나 소자(130)의 대칭되는 영역에 형성되며, 상기 제1 안테나 소자(120)에 형성된 그라운드 패턴의 모든 부분이 포함된다. 즉, 상기 제2 그라운드(124)는 상기 제2 안테나 소자(130)가 배치된 반대측 영역에 존재하는 모든 그라운드 패턴(124)이 대상이 된다. 상기 제2 그라운드(124) 역시 상기 제2 안테나 소자(130)에 연결 접지되어, 상기 제2 안테나 소자(130)에 대한 그라운드 역할을 수행한다. 아울러, 상술한 바와 같이, 이러한 대칭 구조로 인해 협소한 공간과 작은그라운드 면적을 갖는 한계에도 불구하고 다중대역 및 광대역 주파수를 지원할 수 있어 효율적인 안테나 동작을 수행할 수 있다.

상기 제3 그라운드(121)는 상기 제1 안테나 소자(120)에 포함되며, 상기 제1 안테나 소자(120)의 수직 중심선(L2)을 기준으로 일 측면 영역에 상기 제1 공진체(122)와 상기 제2 공진체(123)가 제1 안테나 패턴으로 형성되고, 상기 수직 중심선(L2)을 기준으로 상기 제1 안테나 패턴이 형성된 영역에 대칭되는 영역인 타 측면 영역에 상기 제3 그라운드(121)가 패턴 형성된다. 또한, 상기 제3 그라운드(121)는 상기 제1 공진체(122)와 상기 제2 공진체(123)가 패턴 형성된 제1 안테나 패턴과 신호가 서로 대칭되는 형상으로 이루어진다.

즉, 상기 제1 공진체(122)와 상기 제2 공진체(123)의 신호에 대응하도록 상기 제3 그라운드 패턴을 형성하고, 상기 수직 중심선(L2)을 기준으로 서로 대칭되는 영역에 배치한다. 이와 같은 상기 제3 그라운드(121)의 대칭적인 배치 구조와, 신호 대칭적으로 형성된 패턴을 통해서 상술한 바와 같은 협소한 공간과 작은 그라운드 면적의 한계에도 보다 더 효율적으로 다중대역 및 LTE 대역을 포함한 광대역 특성을 지원할 수 있게 된다. 아울러, 상기 제3 그라운드(121)는 상기 제1 공진체(122)와 상기 제2 공진체(123)에 연결 접지되어 그라운드 역할을 수행함은 물론이다.

특히, 상술한 바와 같은 효율적인 구조로 인해 1/4 파장보다 큰 그라운드를 확보할 수 있고, 상기 제1 안테나 소자(120)의 제1 공진체(122)는 LTE(746~800MHz), GSM850/US cellular(824~894MHz), GSM(880~960MHz) 서비스 대역을 지원할 수 있다. 아울러, 상기 제1 안테나 소자(120)의 제2 공진체(123)는 GSM 1800(1710~1880MHz), GSM 1900/US PCS(1850~1990MHz), WCDMA(1920~2170MHz) 서비스 대역을 지원할 수 있다.

상기 제4 그라운드(131)는 상기 제2 안테나 소자(130)에 포함되며, 상기 제2 안테나 소자(130)의 수평 중심선(L3)을 기준으로 일 측면 영역에 상기 제3 공진체(132)와 상기 제4 공진체(133)가 제2 안테나 패턴으로 형성되고, 상기 수평 중심선(L3)을 기준으로 상기 제2 안테나 패턴이 형성된 영역에 대칭되는 영역인 타 측면 영역에 상기 제4 그라운드(131)가 패턴 형성된다. 상기 제4 그라운드(131) 역시 상기 제3 공진체(132)와 상기 제4 공진체(133)가 패턴 형성된 제2 안테나 패턴과 신호가 서로 대칭되는 형상으로 이루어진다.

즉, 상기 제3 공진체(132)와 상기 제4 공진체(133)의 신호에 대응하도록 상기 제4 그라운드 패턴을 형성하고, 상기 수평 중심선(L3)을 기준으로 서로 대칭되는 영역에 배치한다. 이와 같은 제4 그라운드(131)의 대칭적인 배치 구조와, 신호 대칭적으로 형성된 패턴을 통해서 보다 더 효율적으로 다중대역 및 광대역 특성을 지원할 수 있다. 또한, 상기 제4 그라운드(131)는 상기 제3 공진체(132)와 상기 제4 공진체(133)에 연결 접지되어 그라운드 역할을 수행한다.

특히, 상술한 바와 같은 효율적인 구조를 통해 상기 제2 안테나 소자(130)의 제3 공진체(132)는 LTE(746~800MHz), GSM850/US cellular(824~894MHz), GSM(880~960MHz) 서비스 대역을 지원할 수 있다. 아울러, 상기 제2 안테나 소자(130)의 제4 공진체(133)는 GSM 1800(1710~1880MHz), GSM 1900/US PCS(1850~1990MHz), WCDMA(1920~2170MHz) 서비스 대역을 지원할 수 있다. 여기서, 상술한 상기 제1 안테나 소자(120) 및 상기 제2 안테나 소자(130)에 포함된 복수의 공진체들이 지원하는 서비스 대역은 일 예에 불과하며, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 각 공진체에서 지원하는 서비스 대역을 다양하게 설계하거나 구현할 수 있음은 물론이다.

또한, 도면에서는 상기 제2 안테나 소자(130)에서 제3 공진체(132)와 제4 공진체(133)로 이루어진 제2 안테나 패턴이 수평 중심선(L3) 좌측에 배치되고, 제4 그라운드 패턴이 우측에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 제2 안테나 패턴이 수평 중심선(L3) 우측에 배치되고, 제4 그라운드 패턴이 좌측에 배치될 수도 있다.

이와 함께, 상기 제2 안테나 소자(130)에 형성된 제4 그라운드(131)는 전계강도가 가장 강하게 형성되는 부분(즉, Hot Spot 지점)에 격자 형상(H)의 패턴이 형성된다. 이와 같이, 그라운드의 전계강도가 가장 강하게 집중되는 지점에 격자 형상으로 패턴이 형성되면, 전계강도를 분산시키는 작용이 이루어진다. 즉, 격자 형상(H)으로 인해 전계강도가 한곳으로 집중되지 않고 분산되어 형성됨으로써, 전자파흡수율(SAR)이 기준치 이상으로 높아지는 현상을 방지할 수 있다. 이를 통해, 인체에 유해한 전자파흡수율(SAR)을 소정 기준치 이하로 유지할 수 있어 보다 친 환경적이고 인체에 무해한 안테나를 제공할 수 있게 된다.

도면에서는 상기 제2 안테나 소자(130)에 형성된 제4 그라운드(131)에 격자 형상(H)의 패턴이 형성된 것으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 상기 제1 안테나 소자(130)에 형성된 그라운드에도 격자 형상 패턴이 형성될 수 있음은 물론이다.

이하에서는 안테나 소자와 그라운드가 대칭 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나와 기존의 MIMO 안테나의 Return loss 특성을 도면을 통해 비교하도록 한다. 또한, 격자 형상의 그라운드 패턴을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나와 기존의 MIMO 안테나의 전자파흡수율(SAR) 특성을 도면을 통해 비교하도록 한다.

도 6은 안테나 소자와 그라운드가 대칭 구조를 이루지 않는 종래의 일반 MIMO 안테나의 광대역 특성을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 광대역 특성을 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6의 대칭 구조를 갖지 않는 종래 MIMO 안테나의 대역폭은 임피던스 정합 정도를 나타내는 Return loss < -6dB 를 기준으로 볼 때, 도 6의 (a) 그래프와 도 6의 (b) 그래프가 각각의 안테나의 Return loss를 나타내며, 저주파수의 사용 주파수 대역 746~960MHz 에서 Return loss 기준을 만족하지 않음을 알 수 있다. 반면, 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 경우 제1 안테나 소자(120)의 특성을 나타내는 도 7의 (a) 그래프와 제2 안테나 소자(130)의 특성을 나타내는 도 7의 (b) 그래프의 Return loss 값을 살펴보면, 두 개의 안테나 모두 저주파수의 사용 주파수 대역 746~960MHz 에서 Return loss가 -6dB 이하의 값을 갖고 있어, Return loss 기준을 만족함을 알 수 있고 또한, 고주파수의 사용 주파수 대역 1710~2170MHz 까지 모두 Return loss 기준을 만족함을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는, 다중대역 및 저주파 대역에서 약 200MHz의 광대역 특성을 나타내는 MIMO 안테나임을 알 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7을 비교해 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 소자의 신호가 그라운드와 대칭을 갖는 구조의 MIMO 안테나가 대칭 구조를 취하지 않는 종래의 일반 MIMO 안테나에 비해 보다 우수한 광대역 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 안테나 소자와 그라운드가 대칭 구조를 이루지 않는 종래의 일반 MIMO 안테나의 광대역 주파수 효율(a)과 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 광대역 주파수 효율(b)의 측정 결과를 나타낸 도면이다.

여기서, 상기 도 8의 안테나들에 대한 주파수 효율 측정은 전파 무반사 실에서 측정하였으며, 각 사용 밴드별로 상,중,하 3개의 주파수 단위로 전 대역을 측정하였다.

도 8을 참조하면, 먼저 기존 대칭 구조를 갖지 않는 MIMO 안테나의 주파수 효율 특성 측정값이 도 8의 (a)에 표로 도시하였고, 본 발명에 따른 MIMO 안테나의 주파수 효율 특성 측정값이 도 8의 (b)에 표로 도시하였다.

표 (a)의 'a 안테나'의 효율은 저주파수 대역 746~960MHz에서 최대 32.5% 값과 최소 9.7% 값으로 평균 22.3%의 효율을 갖는다. 또한, 고주파수 대역인 1710~2170MHz에서 최대 39% 값과 최소 17.1% 값으로 평균 32%의 효율을 갖는다. 한편, 표 (a)의 'b 안테나'의 효율은 저주파수 대역 746~960MHz에서 최대 16.4% 값과 최소 8.4% 값으로 평균 13.4%의 효율을 갖는다. 또한, 고주파수 대역인 1710~2170MHz에서 최대 23.9% 값과 최소 9.3% 값으로 평균 17.2%의 효율을 갖는다.

이와 같이, 기존의 MIMO 안테나에서 측정된 효율은 동작 주파수 대역에서 전대역이 30% 이하의 효율 특성을 보이고 있으므로, 동작 주파수 대역에서의 성능을 확보할 수 없음을 알 수 있다.

표 (b)의 '제1 안테나'의 효율은 저주파수 대역 746~960MHz에서 최대 52.6% 값과 최소 40.9% 값으로 평균 46.4%의 효율을 갖는다. 또한, 고주파수 대역인 1710~2170MHz에서 최대 53.4% 값과 최소 40.8% 값으로 평균 45.6%의 효율을 갖는다. 한편, 표 (b)의 '제2 안테나'의 효율은 저주파수 대역 746~960MHz에서 최대 50.9% 값과 최소 35.4% 값으로 평균 41.9%의 효율을 갖는다. 또한, 고주파수 대역인 1710~2170MHz에서 최대 48.9% 값과 최소 38.4% 값으로 평균 42.9%의 효율을 갖는다.

이처럼, 본 발명에 따른 MIMO 안테나에서 측정된 효율은 동작 주파수 대역에서 전대역이 40% 이상의 고효율 특성을 보이고 있으므로, 동작 주파수 대역에서 성능을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 다중대역 및 저주파 대역에서 효율 40% 이상의 광대역 특성을 나타내는 MIMO 안테나임을 알 수 있다.

또한, 표 (a)와 표 (b)를 비교해볼 때, 본 발명과 같이 그라운드와 안테나 소자 및 그라운드와 안테나 신호가 대칭 구조를 갖는 MIMO 안테나가 대칭 구조를 갖지 않는 종래의 MIMO 안테나에 비해 보다 좋은 효율 특성 및 광대역 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.

도 9는 격자 형상 패턴을 갖지 않는 종래의 일반 MIMO 안테나의 전자파흡수율(SAR)과 Hot Spot 분포를 나타내는 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 전자파흡수율(SAR)과 Hot Spot 분포를 나타낸 그래프이다.

여기서, 도면에 도시된 전자파흡수율은 전자파 차폐실에서 Dasy5의 장비를 이용하여 측정하였으며, US PCS 밴드의 1175 채널을 측정하였다.

도 9에서 Hot Spot 분포 그래프를 살펴보면, 한 곳으로 집중되어 발생함을 확인할 수 있고, 1g을 기준으로 한 전자파흡수율(SAR)은 4.68mW/g의 높은 값이 도출됨을 확인할 수 있다. 미국 및 국내의 경우 1g을 기준으로 한 전자파흡수율(SAR)은 1.60mW/g 이하로 규제하고 있다. 따라서, 기존의 격자 형상 패턴을 갖지 않는 일반 MIMO 안테나의 경우에는 규제 대상에 포함된다.

다음, 도 10의 Hot 분포 그래프를 살펴보면, 한 곳이 아니고 넓은 면적으로 분포되어 있음을 확인할 수 있으며, 1g을 기준으로 한 전자파흡수율(SAR)은 1.14mW/g의 낮은 값을 갖는다. 즉, 본 발명에 따른 격자 형상 패턴을 갖는 MIMO 안테나는 전자파흡수율(SAR)이 규제 범위에 포함되지 않고, 기존 안테나에 비해 전자파흡수율이 개선됨을 확인할 수 있다.

이상에서와 같은 측정 결과를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나는 그라운드와 안테나 소자 및 그라운드와 안테나 소자의 신호가 대칭을 이루도록 한 구조를 통해 다중대역 및 저주파 대역의 LTE 대역을 포함한 광대역 특성을 구비할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 격자 형상 패턴 구조를 통해 전자파흡수율(SAR)이 개선됨을 확인할 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.

100 : MIMO 안테나 110 : 캐리어
120 : 제1 안테나 소자 130 : 제2 안테나 소자
140 : 단말기 연결부 200 : 동글 타입 단말기

Claims

안테나 소자가 배치되는 캐리어;
상기 캐리어의 일단에 위치하며, 수직 방향의 일 측면에 위치한 복수의 공진체로 이루어진 제1 안테나 패턴과, 상기 제1 안테나 패턴에 연결 접지되며, 상기 수직 방향의 타 측면에 위치한 제3 그라운드 패턴을 포함하여 이루어진 제1 안테나 소자;
상기 캐리어의 타단에 위치한 제2 안테나 소자;
상기 제1 안테나 소자에 연결 접지되며, 상기 캐리어의 중심을 기준으로 상기 제1 안테나 소자에 대칭되는 영역에 위치한 제1 그라운드; 및
상기 제2 안테나 소자에 연결 접지되며, 상기 캐리어의 중심을 기준으로 상기 제2 안테나 소자에 대칭되는 영역에 위치한 제2 그라운드;를 포함하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제1 안테나 패턴과 상기 제3 그라운드 패턴은 신호가 서로 대칭되는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 안테나 소자는,
수평 방향의 일 측면에 위치한 복수의 공진체로 이루어진 제2 안테나 패턴과,
상기 제2 안테나 패턴에 연결 접지되며, 상기 수평 방향의 타 측면에 위치한 제4 그라운드 패턴을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나.
제 4 항에 있어서,
상기 제2 안테나 패턴과 상기 제4 그라운드 패턴은 신호가 서로 대칭되는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 안테나 소자 또는 상기 제2 안테나 소자는,
격자 형상의 패턴 구조를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나.
제 6 항에 있어서,
상기 격자 형상의 패턴 구조는,
상기 제1 안테나 소자 또는 상기 제2 안테나 소자에서 전계 강도가 강하게 형성되는 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 안테나 소자와 상기 제2 안테나 소자는,
LTE, GSM850/US Cellular, GSM900 서비스 대역을 지원하기 위한 제1 공진체, 제3 공진체와,
GSM1800, GSM1900/US PCS, WCDMA 서비스 대역을 지원하기 위한 제2 공진체, 제4 공진체로 이루어진 안테나 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 캐리어는,
LTE 대역을 포함한 광대역 특성을 갖는 동글 타입 단말기에 적용되는 것을 특징으로 하는 다중대역에서 향상된 전자파흡수율 특성을 갖는 MIMO 안테나.