KR101102650B1

KR101102650B1 - 아이솔레이션 향상을 위한 ｍｉｍｏ 안테나

Info

Publication number: KR101102650B1
Application number: KR1020100039611A
Authority: KR
Inventors: 김진명; 정창원; 염인수
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단; 주식회사 모비텍
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2012-01-04
Also published as: WO2011136576A3; KR20110120090A; US20130135168A1; CN102934283B; US9196957B2; CN102934283A; WO2011136576A2

Abstract

아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 급전점과 전기적으로 연결되는 제1 도전 부재; 상기 제1 도전 부재와 소정 거리 이격되며 접지와 전기적으로 연결되는 제2 도전 부재; 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재 사이에 상기 제1 도전 부재 및 상기 제2 도전 부재와 결합되어 적어도 두 개의 스파이럴 아암을 포함하는 적어도 하나의 스파이럴 셀; 및 상기 제2 도전 부재로부터 연장되는 방사체를 포함한다. 개시된 안테나에 따르면, 다중 안테나간 아이솔레이션 특성을 향상시킬 수 있으며, 다중 안테나간 거리가 비교적 가깝게 설정되어도 양호한 아이솔레이션 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

Description

아이솔레이션 향상을 위한 ＭＩＭＯ 안테나{MIMO Antenna for Improving Isolation}

본 발명은 내장형 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나간 간섭을 방지하기 위한 아이솔레이션 특성을 향상시키는 내장형 안테나에 관한 것이다.

멀티미디어 서비스에 대한 요구가 급증함에 따라 이동통신 시스템은 신뢰성 잇는 고속의 데이터를 전송하도록 요구되고 있다. 제한된 대역폭과 전력을 이용하는 무선 채널을 통해서 고속의 데이터 전송이 가능하려면 용량의 증가가 필수적이다. 최근에 들어 용량을 개선시키는 기술들에 대한 관심이 증가하고 잇다.

무선 통신 환경은 페이딩, 음영 효과, 전파 감쇠 및 간섭 등에 의해 수신 신호의 신뢰성이 크게 저하된다. 따라서, 고속의 데이터 통신이 가능하기 위해서는 이러한 무선 채널 특성을 극복하거나 그 성질을 이용하기 위한 대안이 필요하며, 이러한 필요성에 따라 제안된 기술이 MIMO 안테나 기술이다.

MIMO 안테나 기술은 송신기 또는 수신기에 다중 안테나를 사용하여 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써 시스템의 대역폭을 더 증가시키지 않으면서 보다 고속의 데이터를 전송할 수 있는 공간적인 멀티플렉싱 기법을 사용한다.

MIMO 안테나는 복수의 방사체를 사용하는 배열 안테나 구조를 가지고 있으며, 복수개의 방사체가 사용되기 때문에 방사체 상호간에 간섭이 발생할 수 있다. 이와 같은 간섭은 방사 패턴을 왜곡시키거나 방사체간의 상호 결합 현상을 발생시킬 수 있다.

이와 같은 MIMO 안테나에서 방사체간 간섭을 최소화하기 위해 별도의 구조물과 같은 아이솔레이션 엘리먼트를 사용하거나 방사체간의 간격을 멀리 이격시키는 구조가 사용되고 있다.

지금까지 연구된 아이솔레이션 방법은 별도의 아이솔레이션 엘리먼트를 사용한다고 할지라도 기본적으로 두 안테나간의 거리가 충분히 확보되어야 원하는 아이솔레이션을 확보할 수 있었다.

그러나, 단말기의 소형화는 계속적인 요구사항이기 때문에 복수 안테나간 거리를 충분히 확보하는 것은 매우 어렵고 단말기의 소형화에도 반하기 때문에 비교적 가까운 거리에 있는 복수 안테나간의 아이솔레이션 기법이 요구되고 있다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 다중 안테나간 아이솔레이션 특성을 향상시킬 수 있는 MIMO 안테나를 제안하고자 한다.

또한, 본 발명은 다중 안테나간 거리가 비교적 가깝게 설정되어도 양호한 아이솔레이션 특성을 확보할 수 있는 MIMO 안테나를 제공한다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유전체 구조물; 상기 유전체 구조물의 제1 레이어에 구비되는 접지면; 제1 급전점과 전자기적으로 결합되며 제1 RF 신호를 방사하고 상기 접지면과 결합되는 제1 방사체; 제2 급전점과 전자기적으로 결합되며 제2 RF 신호를 방사하고 상기 접지면과 결합되는 제2 방사체; 및 상기 제1 방사체의 소정 지점 및 상기 제2 방사체의 소정 지점과 결합되어 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체를 연결하는 연결 라인을 포함하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나가 제공된다.

상기 제1 RF 신호 및 상기 제2 RF 신호는 동일 주파수 신호이다.

상기 연결 라인의 길이는 제1 방사체 및 제2 방사체의 사용 주파수의

/4로 설정될 수 있다.

상기 안테나는 상기 유전체 구조물의 제2 레이어에 결합되며, 상기 접지면과 상하로 오버랩되는 커플링 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 커플링 부재의 제1 단은 상기 제1 방사체 및 상기 접지면의 결합 부분과 인접하고 상기 커플링 부재의 제2 단은 상기 제2 방사체 및 상기 접지면의 결합 부분에 인접한다.

상기 커플링 부재는 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체의 방사 주파수를 방사할 수 있는 사이즈를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 유전체 구조물; 상기 유전체 구조물의 제1 레이어에 구비되는 접지면; 제1 급전점과 전자기적으로 결합되며 제1 RF 신호를 방사하고 상기 접지면과 결합되는 제1 방사체; 제2 급전점과 전자기적으로 결합되며 제2 RF 신호를 방사하고 상기 접지면과 결합되는 제2 방사체; 및 상기 유전체 구조물의 제2 레이어에 결합되며, 상기 접지면과 상하로 오버랩되는 커플링 부재를 포함하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나가 제공된다.

본 발명의 안테나에 의하면, 다중 안테나간 아이솔레이션 특성을 향상시킬 수 있으며, 다중 안테나간 거리가 비교적 가깝게 설정되어도 양호한 아이솔레이션 특성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나의 사시도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나의 하부 평면도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나의 상부 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 접지면에 발생하는 표면 전류의 전류 분포를 도시한 도면.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나의 사시도의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나의 사시도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나의 상부 평면도를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나의 하부 평면도를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나는 제1 방사체(100), 제2 방사체(102), 제1 급전점(104), 제2 급전점(106), 연결 라인(108), 유전체 구조물(200), 접지면(202) 및 커플링 부재(204)를 포함할 수 있다.

유전체 구조물(200)은 접지면(202) 및 커플링 부재(204)가 결합되는 몸체로서의 역할을 한다. 일례로, PCB(Printed Circuit Board)와 같은 기판이 사용될 수 있으며, 다양한 종류의 유전체 구조물이 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

접지면(202)은 유전체 구조물(200)의 하부에 형성되며, 금속 재질로 이루어지고 전기적으로 접지 상태를 유지한다. 접지면은 유전체 구조물 상부의 전부 또는 일부분에 형성될 수 있다.

제1 방사체(100)는 제1 급전점(104)을 통해 신호를 급전 받으며 제1 RF 신호를 방사한다. 도 1에는 제1 방사체(100)가 유전체 구조물(200)과 동일 평면에서 연장되는 구조가 도시되어 있으나, 이와 달리 제1 방사체(100)는 유전체 구조물(200)과 수직으로 형성될 수도 있다.

제1 방사체(100)는 제1 급전점(104)과 연결되는 동시에 접지면(202)과도 전기적으로 결합된다. 즉, 제1 방사체(100)는 급전점(104) 및 접지면(202)과 함께 연결되는 PIFA(Planar Inverted F Antenna) 안테나의 급전 구조를 가지고 있다.

제1 방사체(100)의 급전 선로로 동축 케이블이 이용될 때 동축 케이블의 내부 도체는 제1 급전점(104)에 결합될 수 있고 동축 케이블의 외심은 접지면(202)에 결합될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 제1 방사체(100)의 형태는 예시적인 것에 불과하며, RF 신호의 공진을 위한 전기적 길이를 만족시키는 한 다양한 형태를 가질 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

제2 방사체(102)는 제2 급전점(106)을 통해 신호를 급전 받으며 제2 RF 신호를 방사한다. 도 1에는 제2 방사체(102)가 유전체 구조물(200)과 동일 평면에서 연장되는 구조가 도시되어 있으나, 이와 달리 제2 방사체(102)는 유전체 구조물(200)과 수직으로 형성될 수도 있다.

제2 방사체(102) 역시 제2 급전점(106)과 연결되는 동시에 접지면(202)과도 전기적으로 결합되는 PIFA 급전 구조를 가지고 있다.

도 1에 도시된 제2 방사체(102)의 형태 역시 예시적인 것에 불과하며, RF 신호의 공진을 위한 전기적 길이를 만족시키는 한 다양한 형태를 가질 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다. 도 1에는 제2 방사체(102)의 형태가 제1 방사체가 동일하나 제2 방사체의 형태가 제1 방사체와 동일할 필요는 없다.

본 발명의 안테나는 MIMO 안테나로서, 제1 방사체(100)에서 방사하는 제1 RF 신호 및 제2 방사체(102)에서 방사하는 제2 RF 신호는 독립적으로 급전되는 상이한 신호이며, 두 신호의 주파수는 동일하다.

이와 같이, 서로 상이한 신호를 방사하는 두 개의 방사체가 인접해 있을 경우 두 개의 방사체에는 간섭이 발생할 수 있으며, 이와 같은 간섭은 MIMO 안테나의 성능 열화에 주요한 요인으로 작용한다.

본 발명에서는 연결 라인(108) 및 커플링 부재(204)를 통해 인접한 두 개의 방사체간에 발생하는 간섭을 억제하는 구성을 제안한다.

연결 라인(108)은 제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102)의 소정 지점에 결합되어 제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102)를 전기적으로 연결한다. 연결 라인(108)은 제1 방사체(100) 및 제2 방사체(102)의 사용 주파수의

/4에 상응하는 길이를 갖는다.

연결 라인(108)은 사용 주파수의

/4 길이를 가짐으로써 제1 방사체에서 제2 방사체로의 경로 및 제2 방사체에서 제1 방사체로의 경로는 전자기적으로 차단된 것으로 보이게 되며, 이를 통해 양 방사체 사이의 간섭을 억제할 수 있다.

이와 같은

/4 길이의 연결 라인(108)을 통한 간섭 억제는 양 방사체가 비교적 인접해 있는 상태에서도 비교적 간단한 구조로 방사체간 간섭을 억제할 수 있다는 점에서 장점이 있다.

유전체 구조물(200)의 상부에 구비되는 커플링 부재(204)는 두 개의 방사체간 간섭을 억제하기 위한 또 다른 구성 요소로 동작한다. 도 1 내지 도 3에는 접지면(202)이 유전체 구조물(200)의 하부에 위치하고 커플링 부재(204)가 유전체 구조물(200)의 상부에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 접지면(202)과 커플링 부재(204)는 서로 다른 레이어에만 위치하면 되고 상부와 하부의 위치관계는 필요에 따라 변경될 수 있다.

MIMO 안테나에서 접지는 단말기의 접지를 공유하는 경우가 일반적이며, 이때 공유하는 접지면(202)을 통해 방사체간 간섭이 발생할 수 있는데, 커플링 부재(204)는 이와 같은 접지면(202)에 의한 방사체간 간섭을 억제한다.

커플링 부재(204)는 접지면(202)과 상하로 오버랩되는 부분에 위치하며, 커플링 부재(204)의 양단 중 제 1단은 제1 방사체(100)의 접지면(202)의 결합 부분에 인접하고 커플링 부재(204)의 양단 중 제2단은 제2 방사체(102)와 접지면(202)의 결합 부분에 인접한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 커플링 부재(204)의 사이즈는 제1 방사체 및 제2 방사체의 방사 주파수를 방사할 수 있는 사이즈로 설정되는 것이 바람직하다.

커플링 부재(204)로 인해 접지면(202)과 커플링 부재(204) 사이에는 커플링이 형성되며, 이와 같은 커플링은 제1 방사체 및 제2 방사체의 사용 주파수에 상응하는 접지면(202) 표면의 표면 전류를 상쇄시킴으로써 양 방사체간의 상호 간섭을 억제한다.

이때, 커플링 부재(204)는 회로에서 인덕턴스 성분으로 해석할 수 있으며, 커플링 부재(204)와 접지면(202)의 이격 공간은 캐패시턴스 성분으로 해석할 수 있다. 따라서, 커플링 부재(204)와 접지면(202)이 오버랩되는 공간은 인덕터 및 캐패시터가 병렬로 연결된 일종의 밴드 스탑 필터로 해석될 수 있으며, 커플링 부재(204)의 추가로 인해 특정 주파수에서 표면 전류의 차단이 가능해지는 것이다.

한편, 도 1에는 유전체 구조물(200) 및 방사체들(100, 102)이 결합되는 또 다른 유전체 구조물(250)이 도시되어 있으나, 이 유전체 구조물(250)은 필요에 따라 구비되지 않아도 무방하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서 접지면에 발생하는 표면 전류의 전류 분포를 도시한 도면이다.

도 4에서, (a)는 제1 방사체 및 제2 방사체의 사용 주파수에 상응하는 전류의 전류 분포를 도시한 도면이고, (b)는 사용 주파수가 아닌 다른 주파수에서의 전류 분포를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 사용 주파수에 상응하는 표면 전류는 중간에서 상쇄되는 점을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

유전체 구조물;
상기 유전체 구조물의 제1 레이어에 구비되는 접지면;
제1 급전점과 전자기적으로 결합되며 제1 RF 신호를 방사하고 상기 접지면과 결합되는 제1 방사체;
제2 급전점과 전자기적으로 결합되며 제2 RF 신호를 방사하고 상기 접지면과 결합되는 제2 방사체;
상기 제1 방사체의 소정 지점 및 상기 제2 방사체의 소정 지점과 결합되어 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체를 연결하는 연결 라인; 및
상기 유전체 구조물의 제2 레이어에 결합되며, 상기 접지면과 상하로 오버랩되는 커플링 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
제1항에 있어서,
상기 제1 RF 신호 및 상기 제2 RF 신호는 동일 주파수 신호인 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
제2항에 있어서,
상기 연결 라인의 길이는 제1 방사체 및 제2 방사체의 사용 주파수의
/4인 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
삭제
제1항에 있어서,
상기 커플링 부재의 제1 단은 상기 제1 방사체 및 상기 접지면의 결합 부분과 인접하고 상기 커플링 부재의 제2 단은 상기 제2 방사체 및 상기 접지면의 결합 부분에 인접하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
제1항에 있어서,
상기 커플링 부재는 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체의 방사 주파수를 방사할 수 있는 사이즈를 가지는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
유전체 구조물;
상기 유전체 구조물의 제1 레이어에 구비되는 접지면;
제1 급전점과 전자기적으로 결합되며 제1 RF 신호를 방사하고 상기 접지면과 결합되는 제1 방사체;
제2 급전점과 전자기적으로 결합되며 제2 RF 신호를 방사하고 상기 접지면과 결합되는 제2 방사체; 및
상기 유전체 구조물의 제2 레이어에 결합되며, 상기 접지면과 상하로 오버랩되는 커플링 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
제7항에 있어서,
상기 커플링 부재의 제1 단은 상기 제1 방사체 및 상기 접지면의 결합 부분과 인접하고 상기 커플링 부재의 제2 단은 상기 제2 방사체 및 상기 접지면의 결합 부분에 인접하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나
제7항에 있어서,
상기 커플링 부재는 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체의 방사 주파수를 방사할 수 있는 사이즈를 가지는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
제7항에 있어서,
상기 제1 방사체의 소정 지점 및 상기 제2 방사체의 소정 지점과 결합되어 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체를 연결하는 연결 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
제10항에 있어서,
상기 제1 RF 신호 및 상기 제2 RF 신호는 동일 주파수 신호인 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.
제11항에 있어서,
상기 연결 라인의 길이는 제1 방사체 및 제2 방사체의 사용 주파수의
/4인 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 향상을 위한 MIMO 안테나.