KR101154091B1 - 메타 재질 ｍｉｍｏ 안테나 - Google Patents

Abstract

메타 재질 MIMO 안테나가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나는 기판, 내측 방사체 및 상기 내측 방사체를 외부에서 둘러싸는 외측 방사체를 포함하며, 기판의 상부 일측에 형성된 제1 상부측 방사체, 제1 SRR 방사체에 대칭적인 구조를 가지며, 상기 기판의 상부 타측에 형성된 제2 상부측 방사체, 제1 상부측 방사체와 전기적으로 연결되며, 상기 기판의 하부 일측에 형성되는 제1 하부측 방사체, 제1 하부측 방사체와 동일한 구조를 가지며, 상기 기판의 하부 타측에 형성되는 제2 하부측 방사체 및 제1 하부측 방사체와 제2 하부측 방사체의 중간에 형성되는 결합 제거부를 포함한다. 이에 의하여, 안테나의 소형화를 달성함과 아울러 높은 격리도를 가질 수 있게 된다.

Description

메타 재질 ＭＩＭＯ 안테나 {META-MATERIAL MIMO ANTENNA}

본 발명은 메타 재질 MIMO 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 새로운 메타 재질 구조형 SRR 방사체와 새로운 결합 제거 구조가 내삽된 초소형 MIMO 안테나에 관한 것이다.

안테나의 크기는 점점 소형화되고 그 구조 또한 다양하게 변형되고 있다. 특히 통신 기술의 비약적인 발달로 무선 통신을 가능케 하는 안테나의 역할은 더더욱 커지고 있고, 무선 통신 디바이스의 소형화는 안테나 크기의 소형화를 요구하게 되었다.

일반적으로 안테나는 공진기가 필요한데 스플릿 링 공진기(Split ring Resonaor : SRR)는 전통적으로 공진기의 크기를 줄여 공간 이용을 최대화할 수 있다. 하지만, 인접한 공간에 두 SRR 공진기가 있을 경우 상대적으로 열화를 가져오는데, 추가적인 구조를 통하여 열화를 제거해야 한다.

하지만, 열화를 제거하는 구조가 추가됨에 따라 안테나의 소형화를 방해한다는 문제점이 따른다. 즉, SRR 공진기의 열화를 제거하면서 안테나의 소형화를 이룰 수 있는 안테나 구조가 요구된다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 SRR 공진기의 열화를 제거하면서 안테나의 소형화를 이룰 수 있는 안테나 구조를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나는, 내측 방사체 및 상기 내측 방사체와 이격되어 상기 내측 방사체를 외부에서 둘러싸는 외측 방사체를 포함하며, 상기 기판의 상부 일측에 형성된 제1 상부측 방사체; 상기 제1 SRR 방사체에 대칭적인 구조를 가지며, 상기 기판의 상부 타측에 형성된 제2 상부측 방사체; 상기 제1 상부측 방사체와 전기적으로 연결되며, 상기 기판의 하부 일측에 형성되는 제1 하부측 방사체; 상기 제1 하부측 방사체와 대칭적인 구조를 가지며, 상기 기판의 하부 타측에 형성되는 제2 하부측 방사체; 및 상기 제1 하부측 방사체와 상기 제2 하부측 방사체의 중간에 형성되는 결합 제거부;를 포함한다.

또한, 상기 내측 방사체는, 일정 폭을 가진 하나의 선로가 양끝으로부터 일정 지점에서 안쪽으로 구부러졌으며, 하나의 선로의 양끝은 전기적으로 접촉되지 않을 수 있다.

그리고, 상기 외측 방사체는, 일정 폭을 가진 하나의 선로가 양끝으로부터 일정 지점에서 안쪽으로 구부러져 상기 내측 방사체를 둘러싸는 상부 선로; 및 일정 폭을 가진 일직선상의 하부 선로;를 포함하며, 상기 상부 선로의 일부분은 상기 하부 선로의 일측과 접촉되어 있을 수 있다.

또한, 상기 상부 선로의 양끝은 전기적으로 접촉되지 않을 수 있다.

그리고, 상기 제1 상부측 방사체의 상부 선로의 일부분과 접촉되지 않은 상기 하부 선로의 타측은 비아에 의하여 상기 제1 하부측 방사체와 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1 하부측 방사체는 중간 지점과 일측 끝 지점에 돌출부를 갖는 일정 폭을 가진 하나의 선로로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 제1 하부측 방사체의 중간 지점에 위치한 돌출부는 급전 포인트일 수 있다.

또한, 상기 제1 하부측 방사체의 일측 끝 지점에 위치한 돌출부는 쇼트 선로일 수 있다.

그리고, 상기 제1 하부측 방사체의 타측 끝 지점은 상기 제1 상부측 방사체의 일부와 비아에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 결합 제거부는, 제1 일자형 선로의 중심 부분에 제2 일자형 선로의 일측이 접촉되어 있고, 상기 제1 일자형 선로의 양끝이 상기 제2 일자형 선로가 있는 방향으로 두 차례 구부러져 있을 수 있다.

그리고, 상기 두 차례 구부러진 제1 일자형 선로의 양끝은 상기 제2 일자형 선로와 접촉되지 않을 수 있다.

상기 구성에 의하면, 기존 SRR과 달리 SRR을 CRLH 메타 재질 구조화할 수 있을 뿐만 아니라 MIMO 안테나로서 안테나 특성을 유지할 수 있게 된다. 한편, 선로의 간격들과 비아(via)와 그 결합 선로들을 통해 CRLH를 기반으로 한 무위상변화 메타 재질 특성을 유도하여 안테나의 소형화를 얻을 수 있다. 또한, 소형화된 안테나를 이용하여 다중 급전 MIMO 안테나를 구현하는데 있어서 전류의 흐름을 제어하는 평면형 버섯 결합 제거 구조를 통해 소형화된 MIMO 안테나를 구현할 수 있다.

도 1은 일반적인 메타 재질 구조의 CRLH 전송 선로를 나타내는 회로도,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 상부측 패턴을 나타내는 도면,
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 하부측 패턴을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나에 있어서 기판의 일측에 구성된 상부측 패턴과 하부측 패턴의 결합 구조를 나타내는 도면,
도 4는 단일 안테나에서의 전류 흐름을 나타내는 도면,
도 5는 단일 안테나에서의 전계 벡터 형태를 나타내는 도면,
도 6은 결합 제거부가 없는 안테나의 구성을 나타내는 도면,
도 7은 결합 제거부가 없는 안테나의 S-파라미터(parameter)를 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 구성으로, 결합 제거부가 있는 구성을 나타내는 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나에 있어서, 도 8의 제2 안테나(200)가 동작할 때의 전계 백터를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나에 있어서, 도 8의 제1 안테나(100)가 동작할 때의 전계 벡터를 나타내는 도면,
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나에 있어서 도 8의 제1 안테나 및 제2 안테나에서의 전류 흐름을 나타내는 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나에 있어서, 실제측정한 S-파라미터 그래프, 그리고,
도 14 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나에 있어서, 도 8의 제1 안테나 및 제2 안테나에서 측정된 안테나의 방사 패턴과 효율, 그리고 이득을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 메타 재질 구조의 CRLH(Composite right/left handed) 전송 선로를 나타낸다. 일반적으로, 전송 선로에서는 주파수가 증가함에 따라 파수는 선형으로 증가하는 양의 값을 갖지만, 메타 재질 구조 특성을 갖는 CRLH 전송 선로의 경우에 파수는 비선형적으로 증가하게 된다. 이러한 특성은 left-handed 영역과 right-handed 영역으로 나누어 설명할 수 있다.

left-handed 전파 특성은 특정 주파수 대역에서 파수의 기울기는 양이면서 음의 값을 가지게 된다. 파수가 0과 음의 값을 가질 때 공진 점은 left-handed(LH) 영역에 발생하게 된다. 특히, 파수가 특정 주파수 대역에서 0 값을 갖게 되면, 파장이 무한대가 되어 구조적 공진 길이와 상관없이 소형화가 가능하게 된다.

도 1에서와 같이 CRLH 전송 선로는 직렬 인덕턴스(L_R)와 직렬 커패시턴스(C_L), 그리고, 병렬 커패시턴스(C_R)와 병렬 인덕턴스(L_L)로 구성되어 있다. 여기서, 직렬 인덕턴스(L_R)와 병렬 커패시턴스(C_R)가 Righ-handed(RH) 특성을 나타내고, 직렬 커패시턴스(C_L)와 병렬 인덕턴스(L_L)가 Left-handed(LH) 특성을 나타낸다.

CRLH 전송 선로 전체의 위상 속도인 β_total은 RH 영역의 β와 LH 영역의 β의 합에 의해 결정되며, LH 영역의 β가 음의 부호를 갖게 된다. 만약, β_total이 0의 값을 가지게 되면 무 위상 변화 메타 재질이 발생하게 되고, β_total=0인 경우 파장이 무한대와 같아지므로 전송선 및 공진기의 전체에 걸쳐 동위상을 가지게 된다. 따라서, 물리적인 길이에 상관없이 같은 변화를 가지는 전계와 자계의 형성이 가능하며, 이는 부품의 소형화 및 새로운 특성을 가질 수 있는 방법이 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나는 도 1과 같은 메타 재질 구조 공진기 특성을 얻기 위하여 비아(via)와 선로간의 간격, 그리고 길이를 통하여 병렬 인덕턴스 값과 직렬 커패시턴스 값을 충족시킬 수 있다. 이러한 구조와 관련해서는 도 3을 참조하면서 더욱 상세히 설명하기로 하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 전체 구조를 먼저 살펴보기로 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 전체 구조를 나타낸다. 더욱 구체적으로, 도 2a는 기판의 상부에 형성된 패턴을 나타내며, 도 2b는 기판의 하부에 형성된 패턴을 나타낸다.

도 2a에서와 같이 기판(10)의 상부측의 일측과 타측에는 서로 대칭적인 패턴이 형성되어 있다. 이를 제1 상부측 방사체(100) 및 제2 상부측 방사체(200)라고 한다면, 제2 상부측 방사체(200)는 제1 상부측 방사체(100)의 대칭되는 패턴으로 되어 있고, 제1 상부측 방사체(100)와 일정한 간격으로 이격되어 형성되어 있다. 따라서, 제1 상부측 방사체(100)의 구성을 설명하면, 제2 상부측 방사체(200)의 구성은 이를 대칭적으로 생각하면 될 것이다.

제1 상부측 방사체(100)는 내측 방사체(110)와 외측 방사체(120)의 두 부분으로 구성되어 있다. 구체적으로, 내측 방사체(110) 및 내측 방사체(110)를 외부에서 둘러싸는 외측 방사체(120)를 포함한다. 여기서, 외측 방사체(120)는 내측 방사체(110)와 일정한 간격으로 이격되어 있다. 내측 방사체(110)는 일정 폭을 가진 하나의 선로로 이루어져 있으며, 양끝으로부터 일정 지점에서 안쪽으로 구부러진 형태를 취한다. 또한, 하나의 선로의 양끝은 전기적으로 접촉되지 않고 이격되어 있다.

한편, 외측 방사체(120)는 일정 폭을 가진 하나의 선로가 양끝으로부터 일정 지점에서 안쪽으로 구부러져 상기 내측 방사체를 둘러싸는 상부 선로(120-1)와 일정 폭을 가진 일직선상의 하부 선로(120-2)로 구성되어 있다. 그리고, 상부 선로(120-1)의 일부분은 하부 선로(120-2)의 일측과 접촉되어 있다. 하지만, 이는 설명을 용이하게 한 것에 지나지 않고, 도 2a에 도시된 바와 같이 실질적으로는 상부 선로와 하부 선로가 일체로 구성되어 있다. 또한, 여기에 있어서도 상부 선로(120-1)의 양끝은 전기적으로 접촉되지 않고 이격되어 있다.

즉, 외측 방사체(120)의 상부(120-1)는 내측 방사체(110)의 형태의 위아래를 뒤집어 놓은 것과 같은 형상이다.

한편, 도 2b에 도시된 바와 같이 기판(10)의 하부측은 세 개의 요소로 구성되어 있다. 구체적으로 기판(10)의 하부측은 제1 하부측 방사체(140), 제2 하부측 방사체(240) 및 결합 제거부(300)로 구성되어 있다. 여기서, 제1 하부측 방사체(140)는 제1 상부측 방사체(100)와 비아(via)(130)를 통해서 전기적으로 연결되어 있고, 제2 하부측 방사체(240)는 제2 상부측 방사체(200)와 비아(via)(230)를 통해서 전기적으로 연결되어 있다.

기판(10)의 하부측을 구성하는 각 구성 요소의 형태를 설명하면, 제2 하부측 방사체(240)는 제1 하부측 방사체(140)와 서로 대칭되는 형태를 가지며, 기판(10)의 하부측의 일측과 타측에 각각 위치한다. 그리고, 하부 중심부 방사체(300) 역시 기판(10)의 하부측에 위치하며, 제1 하부측 방사체(140)와 제2 하부측 방사체(240)의 중간에 위치한다. 여기서, 제1 하부측 방사체(140)와 제2 하부측 방사체(240)는 하부 중심부 방사체(300)와 접촉되어 있지 않다.

그리고, 제1 하부측 방사체(140)는 중간 지점과 일측 끝 지점에 돌출부를 갖는 일정 폭을 가진 하나의 선로로 이루어진다. 여기서, 제1 하부측 방사체(140)의 중간 지점에 위치한 돌출부(150)는 급전 포인트이며, 제1 하부측 방사체(140)의 일측 끝 지점에 위치한 돌출부(160)는 쇼트 선로이다.

제2 하부측 방사체(240) 역시 중간 지점과 일측 끝 지점에 돌출부를 갖는 일정 폭을 가진 하나의 선로로 이루어진다. 마찬가지로, 제2 하부측 방사체(240)의 중간 지점에 위치한 돌출부(250)는 급전 포인트이며, 제2 하부측 방사체(240)의 일측 끝 지점에 위치한 돌출부(260)는 쇼트 선로이다.

한편, 결합 제거부(300)는, 제1 일자형 선로의 중심 부분에 제2 일자형 선로의 일측이 접촉되어 있고, 제1 일자형 선로의 양끝이 제2 일자형 선로가 있는 방향으로 두 차례 구부러져 있다. 그리고, 상기 두 차례 구부러진 제1 일자형 선로의 양끝은 제2 일자형 선로와 접촉되지 않고 이격되어 있다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나는 도 1에서의 메타 재질 구조 공진기 특성을 얻기 위해 비아(via)와 선로간의 간격, 그리고 길이를 통해 병렬 인덕턴스 값과 직렬 커패시턴스 값을 충족시킬 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나에 있어서 기판의 일측에 구성된 상부측 패턴과 하부측 패턴이 상술한 메타 재질 구조 공진기 특성을 어떻게 만족하는지를 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나에 있어서 기판의 일측에 구성된 상부측 패턴과 하부측 패턴의 결합 구조를 보여준다.

도 3에서 선로들의 길이(5)는 스플릿 링 공진기(split ring resonator:RSS)를 CRLH 메타 재질 구조화 하는 핵심 요소인 직렬 인덕턴스 값(L_R)을 얻게 된다.

또한, 도 3에서 내측 방사체와 외측 방사체의 간격(7)과 선로 간의 간격은 CRLH 메타 재질 구조화의 핵심 요소인 직렬 커패시턴스(C_L) 값을 얻게 된다. 피드(feed)와 직접 연결된 비아(via)(6)는 SRR을 CRLH 메타 재질 구조화의 핵심 요소인 직렬 인덕턴스(L_R) 값을 유도한다.

한편, 상부측 방사체의 일구성인 외측 방사체의 하부 선로와 하부측 방사체와의 이격된 거리(9)는 CRLH 메타 재질 구조화 하기 위한 병렬 커패시턴스(C_R)를 보강하기 위하여 설계되었다. 그리고, 하부측 방사체에 형성된 두 개의 돌출부, 즉, 쇼트 선로를 위한 돌출부와 급전 포인트인 돌출부 사이에 이격된 거리는 입력 임피던스를 조절한다. 이러한, 쇼트 선로와 급전 포인트의 구성은 안테나의 대역폭 만족과 입력 임피던스 매칭용 스터브의 역할을 하는 동시에 SRR을 CRLH 메타 재질 구조화 하는 핵심 요소인 병렬 커패시턴스(C_R)을 보강한다.

상기 패러미터 값을 통하여 기존 SRR에서 볼수 없었던 메타 재질 구조의 특성을 얻을 수 있게 된다.

도 4는 단일 안테나에서의 전류 흐름을 보여준다. 단일 안테나의 크기는 가로 10mm, 세로 5mm, 높이 2mm로 설계된다. 그리고 길이 대비 0.08λ로 소형화하였다. 기존의 MIMO 용 안테나로 사용되는 변형 모노폴 안테나 크기의 1/2 크기로 축소하였다.

한편, 안테나의 무 위상 변화 메타 재질 특성을 확인할 수 있는 방법은 안테나의 방사 패턴과 전계 벡터 그리고, 전류의 흐름 등 여러 가지 방법으로 확인할 수 있지만, 여기서는 전계 벡터로 확인하기로 한다.

도 5는 단일 안테나에 있어서의 전계 벡터 형태를 나타낸다. 일반 안테나의 특성 상 반파장 공진 부분에서 전계 벡터가 180도 바뀌고 이에 따라 전류가 반대 방향으로 흐르게 된다. 무 위상 변화 메타 재질 안테나의 경우 안테나 전반에 걸친 전계 벡터가 동일한 방향으로 형성되기 때문에 전류의 흐름도 단일 방향을 향해 흐르게 된다. 즉, 단일 안테나에 형성되는 전계 벡터가 모두 동일한 방향으로 형성됨을 알 수 있고, 이를 통하여 안테나가 무 위상 변화 특성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.

도 6과 도 7은 결합 제거부가 없는 안테나의 구성 및 S-파라미터(parameter)를 나타낸다. 특히, 도 7은 도 6의 안테나 구성에 따른 S-파라미터를 나타낸다.

도 7에 나타난 격리도 특성을 보았을 때 모의 실험상 -8dB로 도 6의 안테나 실제 측정시 격리도 특성은 크게 좋지 않음을 알 수 있다. 즉, 결합 제거부의 존재가 없는 경우에는 격리도 특성이 현저히 떨어진다.

도 8은 도 6과 달리 결합 제거부가 있는 경우의 구성을 나타낸다. 즉, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나로서, 결합 제거부를 구비한다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나는 급전 포인트(150)와 쇼트 선로(160)를 포함하는 제1 안테나, 그리고, 제2 상 급전 포인트(250)와 쇼트 선로(160)를 포함하는 제2 안테나를 포함하며, 제1 안테나와 제2 안테나의 중간에 이격된 형태로 결합 제거부(300)를 구비한다. 여기서, 제1 안테나는 제1 상부층 방사체(100) 및 제1 하부층 방사체(140)를 포함하는 것이고, 제2 안테나는 제2 상부층 방사체(200) 및 제2 하부층 방사체(240)를 포함하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나와 같이 버섯 구조를 평면화 시켜 구조를 단순화한 결합 제거부(300)는 대역폭 요구 조건에 맞는 병렬 커패시턴스 값과 직렬 인덕턴스 값을 얻기 위하여 끝 단을 구부려 설계되었다.

도 9는 도 8의 제2 안테나(200)가 동작할 때의 전계 백터의 모습이다. 도 3의 안테나와 같이 안테나 전체에 걸쳐 동일한 전계 벡터를 가지고 있는 것을 확인할 수 있다.

도 10은 도 8의 제1 안테나(100)가 동작할 때의 전계 벡터 모습이다. 도 9의 모습과 동일한 것을 확인할 수 있다. 이것은 단일 안테나에서 동일하게 보였던 특성이며, 도 8의 제1 안테나와 제2 안테나들을 단일 안테나에서 적용되었던 SRR을 CRLH 메타 재질 구조화 하는 각각의 파라미터의 설명으로 동일하게 해석할 수 있다.

도 9와 도 10의 전계 벡터 크기를 보았을 때, 상대 방향에 위치한 안테나에서 벡터의 크기가 작은 것은 도 8의 결합 제거부(300)의 영향으로 간섭을 막는 것으로 해석할 수 있다.

도 11과 도 12에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나에 있어서 도 8의 제1 안테나 및 제2 안테나에서 흐르는 전류를 나타낸 것이다. 전류의 흐름을 보면 동작하는 안테나를 제외한 다른 안테나에서 전류의 흐름을 거의 확인할 수가 없는데, 이는 결합 제거부(300)에서 상대 안테나로 넘어가는 전류를 차단하고 있기 때문이다. 이러한 특성을 통해 각각의 안테나의 간섭이 줄어들고 이에 따라 격리 특성도 향상되는 것이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나에 있어서, 실제측정한 S-파라미터를 나타낸 것이다. 도 12에 도시된 바와 같이 제1 안테나 및 제2 안테나 사이에도 격리도 특성이 -14dB로 나타났다. 즉, 결합 제거부(300) 없이 이격 거리 6mm를 두고 설계한 도 6의 S-파라미터를 도시한 도 7에 나타난 -8dB 보다 격리도 특성이 훨씬 좋아짐을 알 수 있다.

결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 메타 재질 MIMO 안테나의 결합 제거부(300)의 결합 제거 구조의 역할을 통하여 안테나 간의 간섭을 줄이게 되고 이에 따라 각각 안테나의 효율을 단일 안테나에서와 같이 유지할 수 있게 되는 것이다.

도 14 내지 도 17은 도 8의 제1 안테나 및 제2 안테나에서 측정된 안테나의 방사 패턴과 효율, 그리고 이득을 나타낸 것이다.

도 14 및 도 15는 도 8의 제1 안테나의 방사 특성을 나타낸 것이다. 안테나의 중심 주파수에서 효율이 50% 이상 나오는 것을 확인할 수 있다.

도 16 및 도 17은 도 8의 제2 안테나의 방사 특성을 나타낸 것이다. 안테나의 중심 주파수에서 효율이 60% 이상 나오는 것을 확인할 수 있다.

격리도 구조를 포함한 MIMO 안테나의 크기는 가로 26mm, 세로 5mm, 높에 2mm로 소형화를 이루었다. 한편, 안테나의 결합 제거부(300)의 가로 길이는 6mm로 안테나 크기변화는 없이 설계될 수 있다.

상기한 바에서, 다양한 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 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.

10.................................기판
100................................제1 상부측 방사체
110................................내측 방사체
120................................외측 방사체
130................................비아(via)
140................................제1 하부측 방사체
200................................제2 상부측 방사체
210................................내측 방사체
220................................외측 방사체
230................................비아(via)
240................................제2 하부측 방사체
300................................결합 제거부

Claims (11)

1. 기판;
   내측 방사체 및 상기 내측 방사체와 이격되어 상기 내측 방사체를 외부에서 둘러싸는 외측 방사체를 포함하며, 상기 기판의 상부 일측에 형성된 제1 상부측 방사체;
   상기 제1 SRR 방사체에 대칭적인 구조를 가지며, 상기 기판의 상부 타측에 형성된 제2 상부측 방사체;
   상기 제1 상부측 방사체와 전기적으로 연결되며, 상기 기판의 하부 일측에 형성되는 제1 하부측 방사체;
   상기 제1 하부측 방사체와 대칭적인 구조를 가지며, 상기 기판의 하부 타측에 형성되는 제2 하부측 방사체; 및
   상기 제1 하부측 방사체와 상기 제2 하부측 방사체의 중간에 형성되는 결합 제거부;를 포함하는 메타 재질 MIMO 안테나.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 내측 방사체는,
   일정 폭을 가진 하나의 선로가 양끝으로부터 일정 지점에서 안쪽으로 구부러졌으며, 하나의 선로의 양끝은 전기적으로 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 외측 방사체는,
   일정 폭을 가진 하나의 선로가 양끝으로부터 일정 지점에서 안쪽으로 구부러져 상기 내측 방사체를 둘러싸는 상부 선로; 및
   일정 폭을 가진 일직선상의 하부 선로;를 포함하며,
   상기 상부 선로의 일부분은 상기 하부 선로의 일측과 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 상부 선로의 양끝은 전기적으로 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 상부측 방사체의 상부 선로의 일부분과 접촉되지 않은 상기 하부 선로의 타측은 비아에 의하여 상기 제1 하부측 방사체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 하부측 방사체는 중간 지점과 일측 끝 지점에 돌출부를 갖는 일정 폭을 가진 하나의 선로로 이루어진 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1 하부측 방사체의 중간 지점에 위치한 돌출부는 급전 포인트인 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 제1 하부측 방사체의 일측 끝 지점에 위치한 돌출부는 쇼트 선로인 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 제1 하부측 방사체의 타측 끝 지점은 상기 제1 상부측 방사체의 일부와 비아에 의하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 결합 제거부는,
    제1 일자형 선로의 중심 부분에 제2 일자형 선로의 일측이 접촉되어 있고, 상기 제1 일자형 선로의 양끝이 상기 제2 일자형 선로가 있는 방향으로 두 차례 구부러져 있는 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 두 차례 구부러진 제1 일자형 선로의 양끝은 상기 제2 일자형 선로와 접촉되지 않는 것을 특징으로 하는 메타 재질 MIMO 안테나.
    
    

Images