KR101241388B1 - 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나에 관한 것으로, 서로 이격된 복수의 안테나 패턴 사이의 접지면 하단에 분할 링 공진기(SRR)를 구조적으로 배열함으로써 분할 링 공진기의 투자율이 음의 값을 가지게 되고, 이로 인해 안테나간에 전류가 흐르지 못하게 되어 안테나의 격리도 특성을 향상시키도록 한 것이다.

다중 입출력(MIMO) 안테나, 격리도(Isolation), 분할 링 공진기(SRR)

Description

격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나{Multi Input Multi Output antenna for improving the isolation characteristic}

본 발명은 안테나의 격리도 향상 기술에 관련한 것으로, 특히 복수의 안테나가 배열되는 다중 입출력(MIMO : Multi Input Multi Output) 안테나 시스템에서 안테나 상호간의 간섭을 방지하는 기술에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 일반 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-F-033-01, 과제명: 메타 전자파 구조를 이용한 전파(RF) 스펙트럼 개선 기술 연구].

다중 입출력(MIMO : Multi Input Multi Output) 안테나 시스템에서는 복수의 안테나가 사용되기 때문에, 안테나 상호간에 간섭이 발생할 수 있다. 이에 따라, 방사패턴이 왜곡되거나, 각 안테나 소자간의 상호 결합 현상이 발생할 수 있다.

한편, 무선 휴대 단말기에 다중 입출력(MIMO) 안테나 시스템을 구현하기 위해서는 반파장(Half Wavelength)보다 작은 공간 내에 두 개 또는 그 이상의 안테나 소자가 배치되어야 하기 때문에 격리도(Isolation) 특성을 향상시키기에 어려움이 있다.

따라서, 격리도 향상 소자를 안테나와 안테나 사이에 설치하여 3차원 구조의 벽을 쌓는 방법, 변형된 그라운드 구조를 사용하는 방법, 그라운드 벽(Wall) 및 연결선(Connecting line)을 추가하는 방법 등을 이용해 격리도 특성을 향상시켜 왔다.

본 발명은 분할 링 공진기(SRR : Split Ring Resonator)의 구조적 배열을 통해 분할 링 공진기의 투자율이 음의 값을 가지도록 함으로써 안테나간에 전류가 흐르지 못하게 되어 안테나의 격리도 특성을 향상시킬 수 있는 다중 입출력 안테나를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 다중 입출력 안테나의 서로 이격된 복수의 안테나 패턴 사이의 접지면 하단에 분할 링 공진기(SRR)를 배열하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 서로 이격된 복수의 안테나 패턴 사이의 접지면 하단에 분할 링 공진기(SRR)를 구조적으로 배열함으로써 분할 링 공진기의 투자율이 음의 값을 가지게 되고, 이로 인해 안테나간에 전류가 흐르지 못하게 되어 안테나의 격리도 특성을 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 사시도이다. 도 2 는 도 1 에 도시한 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나의 분해 사시도이다. 도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나(100)는 제1기판(110)과 제2기판(120)을 포함하여 이루어진다.

제1기판(110)은 접지면(111)과, 서로 이격된 복수의 안테나 패턴(112a)(112b)을 포함한다. 안테나 패턴(112a)(112b)은 구현하는 안테나의 공진 주파수 특성에 따라 제1기판(110)상에 다양한 형태로 패턴될 수 있다.

제2기판(120)은 복수의 안테나 패턴(112a)(112b) 사이의 접지면(111) 하단에 위치하도록 형성된 분할 링 공진기(SRR : Split Ring Resonator)(121)를 포함한다. 이 때, 분할 링 공진기(121)가 제2기판(120)상에 주기적으로 다수개 배열되도록 구현할 수 있다.

도 3 은 분할 링 공진기의 일 실시예의 구성을 도시한 사시도이다. 도 3 에 도시한 바와 같이, 분할 링 공진기(121)는 제2기판(120)의 양면 각각에 프린트되는 마이크로 스트립 라인(Microstrip line)(121a)(121b)과, 상기 두 마이크로 스트립 라인(121a)(121b)간을 양단에서 연결하는 복수의 비아(Via)(121c)(121d)를 포함하여 이루어질 수 있다.

분할 링 공진기(121)가 제2기판(120)상에 주기적으로 다수개 배열될 경우, 분할 링 공진기의 투자율이 음의 특성을 갖게 되고, 안테나간에 전류가 흐르지 않아 안테나의 격리도 특성이 향상되게 된다.

그 이유는 외부 자계에 의해 분할 링 공진기(SRR)에 전류가 유도되고, 이로 인해 분할 링 공진기(SRR)는 자기 모멘트(Magnetic Moment)를 가지게 되어 투자율에 변화가 발생한다.

이 때, 분할 링 공진기(121)가 도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이 일정한 간격으로 다수개 주기적으로 배열되는 구조적 특징에 의해 분할 링 공진기의 투자율이 음의 특성을 갖게 되고, 투자율이 음의 값을 가질 경우 안테나간에 전류가 흐르지 않게 되어 안테나 격리도 특성이 향상된다.

즉, 투자율(μ)은 자장 내에 놓여진 자성체의 자속밀도(B)와 자화 자기장의 세기(H)와의 비로 정의된다. 이를 식으로 표현하면, 다음과 같다.

μ = B / H

자화 자기장의 세기(H)는 유도되는 전류의 크기에 비례하는 값이므로, 투자율이 음의 값을 가질 경우, 전류가 흐르지 않게 된다.

도 4 는 분할 링 공진기 유·무에 따른 S-파라미터 특성을 나타낸 도면이다. S(scattering)-파라미터는 주파수 분포상에서 입력전압대 출력전압의 비를 의미하는 것으로, S11은 입력과 출력포트가 같은 경우이며, 1번 포트에서 입력한 전압과 1번 포트에서 출력된 전압의 비율을 의미한다. 즉, 자기가 입력하고 출력하여 돌려받은 값이므로 결국 반사(Reflection)된 값을 의미하므로, 이로부터 공진 주파수 특성을 알 수 있다.

S21은 입력과 출력포트가 다른 경우이며, 1번 포트에서 입력한 전압과 2번 포트에서 출력된 전압의 비율을 의미한다. 즉 1번으로 입력된 전력이 2번포트로 출력되므로, 결국 전송(Transmission)된 값을 의미하므로, 이로부터 격리도 특성을 알 수 있다.

도 4 에서 점선은 각각 분할 링 공진기(SRR)가 없을 경우의 S11 및 S21를, 실선은 각각 분할 링 공진기(SRR)가 있을 경우의 S11 및 S21를 나타낸다. 분할 링 공진기(SRR)가 없을 경우의 S21 즉, 격리도 특성은 -12dB 이었으나, 분할 링 공진기(SRR)가 있는 경우 -30dB이므로 격리도 특성이 향상되었음을 볼 수 있다.

도 5 및 도 6 은 각각 분할 링 공진기 유·무에 따른 안테나(112a)(112b)의 방사 패턴을 도시한 도면이다. 도 5 및 도 6 에 도시한 바와 같이, 분할 링 공진기(SRR)가 없을 경우와 대비하여 분할 링 공진기(SRR)가 있을 경우, 안테나(112a)(112b)의 이득과 방사 패턴에 거의 영향을 주지 않음을 볼 수 있다.

한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나가 분할 링 공진기의 길이에 따라 차단 주파수 대역을 조정할 수 있다. 이 때, 분할 링 공진기의 길이가 길어질수록 차단 주파수 대역이 더 저주파 대역으로 이동한다.

도 7 은 분할 링 공진기(SRR)의 길이에 따른 S-파라미터 특성을 나타낸 도면 이다. 도 7 에 도시한 바와 같이, 분할 링 공진기(SRR)의 길이가 변하더라도 S11 즉, 안테나의 공진 주파수는 거의 변화가 없는 반면, 분할 링 공진기(SRR)에 의해 차단되는 주파수 대역은 분할 링 공진기(SRR)의 길이가 길어질수록 저주파 대역으로 이동하는 것을 볼 수 있다. 도 4 내지 도 7 의 S-파라미터 특성 및 방사 패턴은 3.4 GHz ~ 3.6 GHz 대역에서 동작하는 다중 입출력 안테나에 대해서 측정한 결과이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 서로 이격된 복수의 안테나 패턴 사이의 접지면 하단에 분할 링 공진기(SRR)를 구조적으로 배열함으로써 투자율이 음의 값을 가지게 되고, 이로 인해 전류가 흐르지 못하게 되어 격리도 특성을 향상시킬 수 있으므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.

본 발명은 안테나의 격리도 향상 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.

도 1 은 본 발명에 따른 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 사시도

도 2 는 도 1 에 도시한 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나의 분해 사시도

도 3 은 분할 링 공진기의 일 실시예의 구성을 도시한 사시도

도 4 는 분할 링 공진기 유·무에 따른 S-파라미터 특성을 나타낸 도면

도 5 및 도 6 은 분할 링 공진기 유·무에 따른 각 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면

도 7 은 분할 링 공진기(SRR)의 길이에 따른 S-파라미터 특성을 나타낸 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 다중 입출력 안테나 110 : 제1기판

111 : 접지면 112a, 112b : 안테나 패턴

120 : 제2기판 121 : 분할 링 공진기

121a, 121b : 마이크로 스트립 라인 121c, 121d : 비아

Claims (5)

1. 접지면과, 서로 이격된 복수의 안테나 패턴을 포함하는 제1기판과;

   상기 복수의 안테나 패턴 사이의 접지면 하단에 위치하도록 형성된 분할 링 공진기(SRR : Split Ring Resonator)를 포함하는 제2기판을;

   포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분할 링 공진기가:

   제2기판상에 주기적으로 다수개 배열되는 것을 특징으로 하는 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 분할 링 공진기의 길이에 따라 차단 주파수 대역이 조정되는 것을 특징으로 하는 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 분할 링 공진기의 길이가 길어질 수 록 차단 주파수 대역이 더 저주파 대역인 것을 특징으로 하는 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 분할 링 공진기는:

   상기 제2기판의 양면 각각에 프린트되는 마이크로 스트립 라인(Microstrip line)과;

   상기 두 마이크로 스트립 라인간을 양단에서 연결하는 복수의 비아(Via)를;

   포함하는 것을 특징으로 하는 격리도 향상을 위한 다중 입출력 안테나.

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