KR101245732B1

KR101245732B1 - 안테나 장치

Info

Publication number: KR101245732B1
Application number: KR1020120033191A
Authority: KR
Inventors: 조준경; 김상형
Original assignee: 주식회사 엘트로닉스
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-03-25

Abstract

안테나 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 제1 기판 및 제1 기판의 상면에 형성되는 제1 방사체를 포함하는 제1 안테나, 제1 방사체 상에 형성되는 제2 기판 및 제2 기판의 상면에 형성되는 제2 방사체를 포함하는 제2 안테나, 및 제1 방사체 상에 제2 기판과 상호 이격하여 형성되는 제3 기판 및 제3 기판의 상면에 형성되는 제3 방사체를 포함하는 제3 안테나를 포함한다.

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE}

본 발명의 실시예는 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 공간 상에 복수 개의 안테나를 형성할 수 있는 안테나 장치에 관한 것이다.

최근, 기업의 기밀 정보 등이 휴대용 전자 기기(예를 들어, USB 메모리, 스마트폰, 모바일 폰, MP3, 카메라, 녹음기 등)를 통해 외부로 유출되는 경우가 증가하고 있으며, 그로 인한 경제적 손실 또한 증가하는 추세이다.

이에 기업 내에서 외부로 유출되는 휴대용 전자 기기를 탐지할 수 있는 기술이 개발되었다. 종래기술은 송신기가 출입자를 향해 1차 주파수(Fundamental Frequency) 신호를 송신하였을 때, 출입자가 소지한 물품에서 반송되는 2차 및 3차 고조파(Harmonics) 신호를 수신기를 통해 수신한 후, 2차 및 3차 고조파 신호의 크기를 분석하여 해당 출입자가 소지한 물품에 휴대용 전자 기기가 있는지 여부를 탐지한다.

구체적으로, 송신기가 1차 주파수 신호를 출입자를 향해 송신하였을 때, 출입자가 소지한 물품이 단순한 금속 제품인 경우는 도 1에 도시된 바와 같이, 3차 고조파 신호의 크기가 2차 고조파 신호의 크기보다 크게 나타나게 된다. 반면, 출입자가 소지한 물품이 P-N 접합을 가진 반도체들로 이루어진 전자 기기인 경우는 도 2에 도시된 바와 같이, 2차 고조파 신호의 크기가 3차 고조파 신호의 크기보다 크게 나타나게 된다. 이와 같이, 출입자가 소지한 물품에서 반송되는 2차 및 3차 고조파 신호의 크기를 비교하여 해당 출입자가 휴대용 전자 기기를 소지하고 있는지 여부를 확인할 수 있게 된다.

그러나, 종래 기술에 의하면, 1차 주파수 신호를 송신하는 송신기와 2차 및 3차 고조파 신호를 수신하는 수신기를 별도로 구현하였는 바, 전자 기기를 탐지하는 전체 시스템의 크기가 커지고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다. 즉, 종래 기술의 경우, 송신기는 1차 주파수 신호를 송신하는 송신용 안테나를 구비하여야 하고, 수신기는 2차 고조파 신호를 수신하는 제1 수신용 안테나 및 3차 고조파 신호를 수신하는 제2 수신용 안테나를 각각 구비하여야 하였는 바, 3개의 안테나들이 차지하는 공간으로 인해 전체 시스템의 크기가 커지고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다.
[선행기술문헌] 한국공개특허 제10-2009-0107736호(다중 대역 안테나, 공개일 2009.10.4)

본 발명의 실시예는 복수 개의 안테나를 구비하면서 전체 크기 및 부피를 소형화 할 수 있는 안테나 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 형성되는 제1 방사체를 포함하는 제1 안테나; 상기 제1 방사체 상에 형성되는 제2 기판 및 상기 제2 기판의 상면에 형성되는 제2 방사체를 포함하는 제2 안테나; 및 상기 제1 방사체 상에 상기 제2 기판과 상호 이격하여 형성되는 제3 기판 및 상기 제3 기판의 상면에 형성되는 제3 방사체를 포함하는 제3 안테나;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 제1 안테나 상에 제2 안테나 및 제3 안테나를 각각 실장함으로써, 복수 개의 안테나를 구비하면서 전체 크기 및 부피를 줄일 수 있게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치를 이용하는 경우, 1차 주파수 신호를 송신하는 송신용 안테나와 2차 및 3차 고조파 신호를 수신하는 수신용 안테나를 일정 공간 상에 함께 형성할 수 있으므로, 전체 시스템의 크기를 소형화 할 수 있고, 제조 비용 및 제조 공정을 줄일 수 있게 된다.

도 1은 금속 제품을 탐지하는 경우, 각 주파수 신호의 크기를 나타낸 도면.
도 2는 반도체들로 이루어진 전자 기기를 탐지하는 경우, 각 주파수 신호의 크기를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나 및 제3 안테나의 위치를 좌표로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 안테나의 반사 손실(S11)을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나의 반사 손실(S22)을 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 안테나의 반사 손실(S33)을 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나의 위치가 기준 위치에서 오른쪽으로 0.06 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나의 위치가 기준 위치에서 왼쪽으로 0.06 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나의 위치가 기준 위치에서 위로 0.05 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나의 위치가 기준 위치에서 아래로 0.05 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제3 안테나의 위치가 기준 위치에서 오른쪽으로 0.06 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제3 안테나의 위치가 기준 위치에서 왼쪽으로 0.06 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제3 안테나의 위치가 기준 위치에서 위로 0.13 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제3 안테나의 위치가 기준 위치에서 아래로 0.08 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프.

이하, 도 3 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 안테나 장치의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 분해 사시도이다. 여기서는, 안테나 장치를 전자 기기 탐지 시스템에 적용하는 경우를 일 예로 설명하였으나, 안테나 장치가 적용되는 분야가 이에 한정되는 것은 아니며, 그 이외의 다양한 분야에 적용할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 안테나 장치(100)는 제1 안테나(102), 제2 안테나(104), 및 제3 안테나(106)를 포함한다.

제1 안테나(102)는 송신용 안테나로서, 제1 안테나(102)는 1차 주파수 신호를 송신한다. 여기서, 1차 주파수 신호는 예를 들어, 2.4 GHz의 주파수 대역을 갖는 신호일 수 있다. 이 경우, 제1 안테나(102)는 WLAN(IEEE.802.11 b/g) 또는 블루투스(Bluetooth) 통신을 이용하여 1차 주파수 신호를 송신하게 된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 안테나(102)는 그 이외의 다양한 주파수 대역을 갖는 1차 주파수 신호를 송신할 수 있다.

제1 안테나(102)는 제1 기판(111) 및 제1 방사체(113)를 포함한다. 제1 기판(111)은 소정 유전율을 가지는 유전체일 수 있다. 제1 기판(111)의 상면에는 제1 방사체(113)가 형성되고, 제1 기판(111)의 하면에는 제1 접지면(미도시)이 형성된다. 제1 방사체(113)에는 제1 급전 포인트(114)가 형성된다. 제1 급전 포인트(114)에는 제1 동축 케이블(미도시)이 연결될 수 있다. 이때, 제1 동축 케이블(미도시)은 제1 기판(111)을 관통하며 형성된 제1 관통홀(미도시)을 통해 제1 급전 포인트(114)에 연결될 수 있다.

제1 방사체(113)에는 제1 슬롯(115) 및 제2 슬롯(117)이 형성될 수 있다. 제1 슬롯(115)은 제2 안테나(104)의 크기와 동일하게 형성될 수 있고, 제2 슬롯(117)은 제3 안테나(106)의 크기와 동일하게 형성될 수 있다. 그러나, 제1 슬롯(115) 및 제2 슬롯(117)의 크기가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 슬롯(115) 및 제2 슬롯(117)은 각각 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106) 보다 크게 형성될 수도 있다.

제2 안테나(104)는 제1 수신용 안테나로서, 제2 안테나(104)는 1차 주파수 신호가 물체에 반사되어 반송되는 2차 고조파 신호를 수신한다. 예를 들어, 1차 주파수 신호가 2.4 GHz의 주파수 대역을 갖는 경우, 제2 안테나(104)는 4.8 GHz의 주파수 대역을 갖는 2차 고조파 신호를 수신할 수 있다. 제2 안테나(104)는 제1 안테나(102) 상에서 제1 슬롯(115)에 장착된다.

제2 안테나(104)는 제2 기판(121) 및 제2 방사체(123)를 포함한다. 제2 기판(121)은 소정 유전율을 가지는 유전체일 수 있다. 제2 기판(121)의 상면에는 제2 방사체(123)가 형성되고, 제2 기판(121)의 하면에는 제2 접지면(미도시)이 형성된다. 여기서, 제2 접지면(미도시)은 제2 안테나(104)가 제1 안테나(102) 상에서 제1 슬롯(115)에 장착될 때, 제1 방사체(113)와 상호 이격하도록 형성된다.

제2 방사체(123)에는 제2 급전 포인트(124)가 형성된다. 제2 급전 포인트(124)에는 제2 동축 케이블(미도시)이 연결될 수 있다. 이때, 제2 동축 케이블(미도시)은 제1 기판(111) 및 제2 기판(121)을 관통하며 형성된 제2 관통홀(미도시)을 통해 제2 급전 포인트(124)에 연결될 수 있다.

제3 안테나(106)는 제2 수신용 안테나로서, 제3 안테나(106)는 1차 주파수 신호가 물체에 반사되어 반송되는 3차 고조파 신호를 수신한다. 예를 들어, 1차 주파수 신호가 2.4 GHz의 주파수 대역을 갖는 경우, 제3 안테나(106)는 7.2 GHz의 주파수 대역을 갖는 3차 고조파 신호를 수신할 수 있다. 제3 안테나(106)는 제1 안테나(102) 상에서 제2 슬롯(117)에 장착된다.

제3 안테나(106)는 제3 기판(131) 및 제3 방사체(133)를 포함한다. 제3 기판(131)은 소정 유전율을 가지는 유전체일 수 있다. 제3 기판(131)의 상면에는 제3 방사체(133)가 형성되고, 제3 기판(131)의 하면에는 제3 접지면(미도시)이 형성된다. 여기서, 제3 접지면(미도시)은 제3 안테나(106)가 제1 안테나(102) 상에서 제2 슬롯(117)에 장착될 때, 제1 방사체(113)와 상호 이격하도록 형성된다.

제3 방사체(133)에는 제3 급전 포인트(134)가 형성된다. 제3 급전 포인트(134)에는 제3 동축 케이블(미도시)이 연결될 수 있다. 이때, 제3 동축 케이블(미도시)은 제1 기판(111) 및 제3 기판(131)을 관통하며 형성된 제3 관통홀(미도시)을 통해 제3 급전 포인트(134)에 연결될 수 있다.

여기서, 제1 방사체(113), 제2 방사체(123), 및 제3 방사체(133)는 사각 패치 형태로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 방사체(113), 제2 방사체(123), 및 제3 방사체(133)는 각각 4 모서리 중 상호 대향하는 2 모서리가 절단된 Truncated-Conered 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 방사체(113), 제2 방사체(123), 및 제3 방사체(133)는 원형 편파 특성을 가지게 되며, 그로 인해 각 방사체(113, 123, 133)의 안테나 이득을 향상시킬 수 있게 된다.

이때, 제2 방사체(123) 및 제3 방사체(133)는 제1 방사체(113)가 송신하는 1차 주파수 신호의 반사되어 반송되는 2차 고조파 신호 및 3차 고조파 신호를 수신하므로, 제1 방사체(113)와 반대되는 편파 특성을 갖도록 형성한다. 예를 들어, 제1 방사체(113)가 우원형 편파(Right-Hand Circular Polarization) 특성을 갖도록 형성된 경우, 제2 방사체(123) 및 제3 방사체(133)는 좌원형 편파(Left-Hand Circular Polarization) 특성을 갖도록 형성한다.

도 3 및 도 4에서, 제1 방사체(113)는 제1 급전 포인트(114)에서 바라보았을 때, 우측 상단 모서리 부분과 좌측 하단 모서리 부분이 절단되어 형성된다. 이 경우, 제1 급전 포인트(114)에서 바라보았을 때, 제1 급전 포인트(114)의 우측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제1 방사체(113)의 좌측 상단 모서리와 우측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)가 제1 급전 포인트(114)의 좌측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제1 방사체(113)의 우측 상단 모서리와 좌측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)보다 길기 때문에, 제1 방사체(113)는 우원형 편파 특성을 가지게 된다.

제2 방사체(123)는 제2 급전 포인트(124)에서 바라보았을 때, 좌측 상단 모서리 부분과 우측 하단 모서리 부분이 절단되어 형성된다. 이 경우, 제2 급전 포인트(124)에서 바라보았을 때, 제2 급전 포인트(124)의 좌측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제2 방사체(123)의 우측 상단 모서리와 좌측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)가 제2 급전 포인트(124)의 우측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제2 방사체(123)의 좌측 상단 모서리와 우측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)보다 길기 때문에, 제2 방사체(123)는 좌원형 편파 특성을 가지게 된다.

제 3방사체(133)는 제3 급전 포인트(134)에서 바라보았을 때, 좌측 상단 모서리 부분과 우측 하단 모서리 부분이 절단되어 형성된다. 이 경우, 제3 급전 포인트(134)에서 바라보았을 때, 제3 급전 포인트(134)의 좌측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제3 방사체(133)의 우측 상단 모서리와 좌측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)가 제3 급전 포인트(134)의 우측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제3 방사체(133)의 좌측 상단 모서리와 우측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)보다 길기 때문에, 제3 방사체(133)는 좌원형 편파 특성을 가지게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 단면도이다.

도 5를 참조하면, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)는 각각 제1 안테나(102)에 형성된 제1 슬롯(115) 및 제2 슬롯(117)에 장착된다. 본 발명의 실시예에서는, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)가 제1 안테나(102) 상에 장착됨으로써, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)를 위한 별도의 공간을 마련하지 않아도 되며, 그로 인해 안테나 장치(100)의 부피를 줄일 수 있게 된다.

여기서, 제2 기판(121)의 하면 및 제3 기판(131)의 하면에는 각각 제2 접지면(122) 및 제3 접지면(132)이 형성된다. 즉, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)는 각각 독자적인 그라운드를 갖는다. 제2 접지면(122) 및 제3 접지면(132)은 각각 제1 방사체(113)와 상호 이격하여 형성된다. 이때, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)가 제1 슬롯(115) 및 제2 슬롯(117)에 각각 장착되기 때문에, 제2 접지면(122) 및 제3 접지면(132)이 제1 방사체(113)와 상호 이격하도록 할 수 있다.

이와 같이, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)가 각각 독자적인 그라운드를 가지면서 제2 접지면(122) 및 제3 접지면(132)이 제1 방사체(113)와 상호 이격하여 형성됨으로써, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)가 제1 안테나(102) 상에 장착되면서도 제1 안테나(102), 제2 안테나(104), 및 제3 안테나(106) 상호 간의 영향을 줄일 수 있게 된다.

한편, 제1 급전 포인트(114) 하부에는 제1 기판(111)을 관통하며 제1 관통홀(141)이 형성된다. 제2 급전 포인트(124) 하부에는 제2 기판(121) 및 제1 기판(111)을 관통하며 제2 관통홀(144)이 형성된다. 제3 급전 포인트(134) 하부에는 제3 기판(131) 및 제1 기판(111)을 관통하며 제3 관통홀(147)이 형성된다. 제1 관통홀(141)에는 제1 동축 케이블(150)이 삽입되어 제1 급전 포인트(114)와 전기적으로 연결된다. 제2 관통홀(144)에는 제2 동축 케이블(160)이 삽입되어 제2 급전 포인트(124)와 전기적으로 연결된다. 제3 관통홀(147)에는 제3 동축 케이블(170)이 삽입되어 제3 급전 포인트(134)와 전기적으로 연결된다.

구체적으로, 제1 동축 케이블(150)은 제1 내부 도체(151), 제1 절연부(154), 및 제1 외부 도체(157)를 포함한다. 제1 절연부(154)는 제1 내부 도체(151)를 감싸며 형성되고, 제1 외부 도체(157)는 제1 절연부(154)를 감싸며 형성된다. 제1 절연부(154)는 제1 내부 도체(151)와 제2 외부 도체(157)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 여기서, 제1 내부 도체(151)는 제1 관통홀(141)에 삽입되어 제1 급전 포인트(114)와 전기적으로 연결된다. 그리고, 제1 외부 도체(157)는 제1 기판(111)의 하면에 형성된 제1 접지면(112)과 전기적으로 연결된다.

제2 동축 케이블(160)은 제2 내부 도체(161), 제2 절연부(164), 및 제2 외부 도체(167)를 포함한다. 여기서, 제2 내부 도체(161)는 제2 관통홀(144)에 삽입되어 제2 접지면(122) 및 제2 급전 포인트(124)와 각각 전기적으로 연결된다. 그리고, 제2 외부 도체(167)는 제1 접지면(112)과 전기적으로 연결된다. 이때, 제2 안테나(104)는 제2 동축 케이블(160)을 통해 제1 접지면(112)과도 전기적으로 연결되기 때문에, 접지면의 넓이가 확장되어 안테나 특성 및 안테나 이득이 향상되게 된다.

제3 동축 케이블(170)은 제3 내부 도체(171), 제3 절연부(174), 및 제3 외부 도체(177)를 포함한다. 여기서, 제3 내부 도체(171)는 제3 관통홀(147)에 삽입되어 제3 접지면(132) 및 제3 급전 포인트(134)와 각각 전기적으로 연결된다. 그리고, 제3 외부 도체(177)는 제1 접지면(112)과 전기적으로 연결된다. 이때, 제3 안테나(106)는 제3 동축 케이블(170)을 통해 제1 접지면(112)과도 전기적으로 연결되기 때문에, 접지면의 넓이가 확장되어 안테나 특성 및 안테나 이득이 향상되게 된다.

한편, 제1 안테나(102)의 안테나 특성은 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)의 위치에 따라 달라질 수 있다. 즉, 제1 안테나(102) 상에서 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)의 위치에 따라 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 이동하여 안테나 특성이 저하될 수 있다. 그러므로, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)는 제1 안테나(102) 상의 특정 위치에 실장 되어야 제1 안테나(102)의 안테나 특성 저하를 방지할 수 있게 된다. 이하에서는, 이에 대해 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나 및 제3 안테나의 위치를 좌표로 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1 방사체(113)의 가로 길이(x축) 및 세로 길이(y축)를 각각 1로 표현하였을 때, 제1 방사체(113) 상에 실장되는 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)의 위치를 각각 (x,y)의 좌표로 나타낼 수 있다. 이때, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)의 좌표는 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)의 중심이 되는 지점의 좌표를 나타낸다.

여기서, 제2 안테나(104)는 (0.34 < x < 0.46, 0.46 < y < 0.56)의 위치에 있을 수 있다. 그리고, 제3 안테나(106)는 (0.61 < x < 0.73, 0.26 < y < 0.47)의 위치에 있을 수 있다. 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)가 상기 위치에 있을 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz 대역이 되고, 반사 손실이 약 -10 dB 이하가 되어 정상적인 안테나 성능을 나타낼 수 있게 된다. 이때, 제2 안테나(104)의 좌표 (0.40, 0.51)를 제2 안테나(104)의 기준 위치로 할 수 있다. 그리고, 제3 안테나(106)의 좌표 (0.67, 0.34)를 제3 안테나(106)의 기준 위치로 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 안테나의 반사 손실(S11)을 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나의 반사 손실(S22)을 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 안테나의 반사 손실(S33)을 나타낸 그래프이다. 여기서는 제2 안테나 및 제3 안테나가 기준 위치 즉, (0.40, 0.51) 및 (0.67, 0.34)에 각각 위치한 경우를 나타내었다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 제1 안테나(102)는 2.4 GHz의 주파수 대역에서, 제2 안테나(104)는 4.8 GHz의 주파수 대역에서, 제3 안테나(106)는 7.2 GHz의 주파수 대역에서 각각 공진이 발생하는 것을 볼 수 있다. 또한, 2.4 GHz, 4.8 GHz, 및 7.2 GHz의 각 공진 주파수 대역에서 반사 손실(S11, S22, S33)이 -10dB 이하 인 것을 볼 수 있다. 특히, 제1 안테나(102)의 경우, 2.4 GHz 대역에서 반사 손실(S11)이 -19 dB 인 것을 볼 수 있다.

여기서, 제1 안테나(102)는 2.4 GHz의 1차 주파수 신호를 소정 물체로 송신하고, 제2 안테나(104)는 상기 물체에서 반송되는 2차 고조파 신호를 수신하며, 제3 안테나(106)는 상기 물체에서 반송되는 3차 고조파 신호를 수신하게 된다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 1차 주파수 신호를 송신하는 제1 안테나와 2차 및 3차 고조파 신호를 수신하는 제2 안테나 및 제3 안테나를 하나의 안테나 장치 내에서 일체로 구현함으로써, 전체 시스템의 크기를 소형화 할 수 있고, 제조 비용 및 제조 공정을 줄일 수 있게 된다.

반면에, 제2 안테나(104) 및 제3 안테나(106)의 위치가 (0.34 < x < 0.46, 0.46 < y < 0.56) 및 (0.61 < x < 0.73, 0.26 < y < 0.47)의 위치를 벗어나는 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 이동하여 2.4GHz 대역에서 안테나 성능이 저하되게 된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나의 위치가 기준 위치에서 오른쪽으로 0.06 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제3 안테나는 기준 위치에 고정된 상태에서 측정하였다.

도 10을 참조하면, 제2 안테나(104)의 위치가 (0.46, 0.51)인 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz에서 2.5 ~ 2.6 GHz으로 이동한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 2.4 GHz에서 제1 안테나(102)의 반사 손실이 -3dB로 제2 안테나(104)가 기준 위치에 있는 경우에 비해 반사 손실이 16dB만큼 상승하여 안테나 성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나의 위치가 기준 위치에서 왼쪽으로 0.06 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제3 안테나는 기준 위치에 고정된 상태에서 측정하였다.

도 11을 참조하면, 제2 안테나(104)의 위치가 (0.34, 0.51)인 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz에서 2.5 GHz로 이동한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 2.4 GHz에서 제1 안테나(102)의 반사 손실이 -5dB로 제2 안테나(104)가 기준 위치에 있는 경우에 비해 반사 손실이 14dB만큼 상승하여 안테나 성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나의 위치가 기준 위치에서 위로 0.05 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제3 안테나는 기준 위치에 고정된 상태에서 측정하였다.

도 12를 참조하면, 제2 안테나(104)의 위치가 (0.40, 0.56)인 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz에서 2.5 ~ 2.6 GHz로 이동한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 2.4 GHz에서 제1 안테나(102)의 반사 손실이 -4dB로 제2 안테나(104)가 기준 위치에 있는 경우에 비해 반사 손실이 15dB만큼 상승하여 안테나 성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제2 안테나의 위치가 기준 위치에서 아래로 0.05 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제3 안테나는 기준 위치에 고정된 상태에서 측정하였다.

도 13을 참조하면, 제2 안테나(104)의 위치가 (0.40, 0.46)인 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz에서 2.6 GHz로 이동한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 2.4 GHz에서 제1 안테나(102)의 반사 손실이 -2dB로 제2 안테나(104)가 기준 위치에 있는 경우에 비해 반사 손실이 17dB만큼 상승하여 안테나 성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제3 안테나의 위치가 기준 위치에서 오른쪽으로 0.06 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제2 안테나는 기준 위치에 고정된 상태에서 측정하였다.

도 14를 참조하면, 제3 안테나(106)의 위치가 (0.73, 0.34)인 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz에서 2.3 GHz으로 이동한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 2.4 GHz에서 제1 안테나(102)의 반사 손실이 -6dB로 제3 안테나(106)가 기준 위치에 있는 경우에 비해 반사 손실이 13dB만큼 상승하여 안테나 성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제3 안테나의 위치가 기준 위치에서 왼쪽으로 0.06 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제2 안테나는 기준 위치에 고정된 상태에서 측정하였다.

도 15를 참조하면, 제3 안테나(106)의 위치가 (0.61, 0.34)인 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz에서 2.8 ~ 2.9GHz로 이동한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 2.4 GHz에서 제1 안테나(102)의 반사 손실이 -2dB로 제3 안테나(106)가 기준 위치에 있는 경우에 비해 반사 손실이 17dB만큼 상승하여 안테나 성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제3 안테나의 위치가 기준 위치에서 위로 0.13 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제2 안테나는 기준 위치에 고정된 상태에서 측정하였다.

도 16을 참조하면, 제2 안테나(104)의 위치가 (0.67, 0.47)인 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz에서 2.2 ~ 2.3 GHz로 이동한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 2.4 GHz에서 제1 안테나(102)의 반사 손실이 -6dB로 제3 안테나(106)가 기준 위치에 있는 경우에 비해 반사 손실이 13dB만큼 상승하여 안테나 성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제3 안테나의 위치가 기준 위치에서 아래로 0.08 이동된 경우, 제1 안테나의 반사 손실을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제2 안테나는 기준 위치에 고정된 상태에서 측정하였다.

도 17을 참조하면, 제3 안테나(104)의 위치가 (0.67, 0.26)인 경우, 제1 안테나(102)의 공진 주파수 대역이 2.4 GHz에서 2.5 GHz로 이동한 것을 볼 수 있다. 이 경우, 2.4 GHz에서 제1 안테나(102)의 반사 손실이 -6dB로 제3 안테나(106)가 기준 위치에 있는 경우에 비해 반사 손실이 13dB만큼 상승하여 안테나 성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 안테나 장치 102 : 제1 안테나
104 : 제2 안테나 106 : 제3 안테나
111 : 제1 기판 112 : 제1 접지면
113 : 제1 방사체 114 : 제1 급전 포인트
115 : 제1 슬롯 117 : 제2 슬롯
121 : 제2 기판 122 : 제2 접지면
123 : 제2 방사체 124 : 제2 급전 포인트
131 : 제3 기판 132 : 제3 접지면
133 : 제3 방사체 134 : 제3 급전 포인트
141 : 제1 관통홀 144 : 제2 관통홀
147 : 제3 관통홀 150 : 제1 동축 케이블
151 : 제1 내부 도체 154 : 제1 절연부
157 : 제1 외부 도체 160 : 제2 동축 케이블
161 : 제2 내부 도체 164 : 제2 절연부
167 : 제2 외부 도체 170 : 제3 동축 케이블
171 : 제3 내부 도체 174 : 제3 절연부
177 : 제3 외부 도체

Claims

제1 기판 및 상기 제1 기판의 상면에 형성되는 제1 방사체를 포함하는 제1 안테나;
상기 제1 방사체 상에 형성되는 제2 기판 및 상기 제2 기판의 상면에 형성되는 제2 방사체를 포함하는 제2 안테나; 및
상기 제1 방사체 상에 상기 제2 기판과 상호 이격하여 형성되는 제3 기판 및 상기 제3 기판의 상면에 형성되는 제3 방사체를 포함하는 제3 안테나;를 포함하고,
상기 안테나 장치는,
상기 제1 기판을 관통하며 형성되는 제1 관통홀;
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 관통하며 형성되는 제2 관통홀; 및
상기 제1 기판 및 상기 제3 기판을 관통하며 형성되는 제3 관통홀을 더 포함하며,
상기 제1 관통홀, 상기 제2 관통홀, 및 상기 제3 관통홀에는 각각 제1 동축 케이블, 제2 동축 케이블, 및 제3 동축 케이블이 삽입되어 상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체, 및 상기 제3 방사체와 각각 전기적으로 연결되는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 안테나 장치는,
상기 제1 방사체 내에 상호 이격하여 형성되는 제1 슬롯 및 제2 슬롯을 더 포함하며,
상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나는 각각 상기 제1 슬롯 및 제2 슬롯에 실장되는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 안테나는 1차 주파수 신호를 송신하고,
상기 제2 안테나는 상기 1차 주파수 신호가 물체에 반사되어 반송되는 2차 고조파 신호를 수신하며,
상기 제3 안테나는 상기 1차 주파수 신호가 상기 물체에 반사되어 반송되는 3차 고조파 신호를 수신하는, 안테나 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 안테나 장치는,
상기 제1 기판의 하면에 형성되는 제1 접지면;
상기 제2 기판의 하면에 형성되는 제2 접지면; 및
상기 제3 기판의 하면에 형성되는 제3 접지면을 더 포함하며,
상기 제2 접지면 및 상기 제3 접지면은 각각 상기 제1 기판 상에서 상기 제1 방사체와 상호 이격하여 형성되는, 안테나 장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 접지면은 상기 제2 동축 케이블을 통해 상기 제1 접지면과 전기적으로 연결되고,
상기 제3 접지면은 상기 제3 동축 케이블을 통해 상기 제1 접지면과 전기적으로 연결되는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체, 및 상기 제3 방사체 각각은,
모서리 절단(Truncated Conered) 형태로 형성되고, 상기 제2 방사체 및 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 상반되는 편파 특성을 갖는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 안테나는,
상기 제1 방사체 상에서 좌표 (0.34 < x < 0.46, 0.46 < y < 0.56)의 위치에 실장되는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 제3 안테나는,
상기 제1 방사체 상에서 좌표 (0.61 < x < 0.73, 0.26 < y < 0.47)의 위치에 실장되는, 안테나 장치.