KR101403592B1 - 안테나 장치 - Google Patents

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KR101403592B1 KR1020120137665A KR20120137665A KR101403592B1 KR 101403592 B1 KR101403592 B1 KR 101403592B1 KR 1020120137665 A KR1020120137665 A KR 1020120137665A KR 20120137665 A KR20120137665 A KR 20120137665A KR 101403592 B1 KR101403592 B1 KR 101403592B1
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조준경
김상형
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주식회사 엘트로닉스
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Abstract

안테나 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 기판, 기판의 일면에 형성되는 제1 안테나, 기판의 일면에서 제1 안테나와 상호 이격하여 형성되는 제2 안테나, 기판의 일면에서 제1 안테나 및 제2 안테나와 각각 상호 이격하여 형성되는 제3 안테나, 및 기판의 타면에 형성되는 접지면을 포함한다.

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE}
본 발명의 실시예는 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안테나 장치의 크기를 최소화하면서 인접한 안테나들 상호 간의 간섭을 줄일 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.
본 발명의 실시예는 복수 개의 안테나를 한정된 공간에 형성하여 크기를 최소화하면서 안테나들 상호 간의 간섭을 줄일 수 있는 안테나 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치는, 기판; 상기 기판의 일면에 형성되는 제1 안테나; 상기 기판의 일면에서 상기 제1 안테나와 상호 이격하여 형성되는 제2 안테나; 상기 기판의 일면에서 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나와 각각 상호 이격하여 형성되는 제3 안테나; 및 상기 기판의 타면에 형성되는 접지면을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 제1 안테나 내지 제3 안테나를 기판 상에 모두 형성하여 전체 시스템의 크기를 소형화하면서 제1 안테나와 제2 안테나 및 제3 안테나 간의 간섭을 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 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 안테나에 쇼트핀만을 형성한 경우의 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치에서, 기판 상에 간섭 차단부만을 형성한 경우의 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 안테나에 쇼트핀을 형성하고 기판 상에 제1 간섭 차단 라인 및 제2 간섭 차단 라인을 형성한 경우의 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 안테나에 쇼트핀을 형성하고 기판 상에 제1 간섭 차단 라인 내지 제4 간섭 차단 라인을 형성한 경우의 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프.
이하, 도 3 내지 도 11을 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 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 단면도이다. 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 기판(102), 제1 안테나(104), 제2 안테나(106), 및 제3 안테나(108)를 포함한다.
기판(102)은 소정의 유전율을 가지는 유전체로 이루어질 수 있다. 기판(102)의 일면에는 제1 안테나(104), 제2 안테나(106), 및 제3 안테나(108)가 형성된다. 기판(102)의 타면에는 접지면(103)이 형성된다.
제1 안테나(104)는 송신용 안테나로서, 제1 안테나(104)는 1차 주파수 신호를 송신한다. 이하에서는, 1차 주파수 신호가 2.4 GHz의 주파수 대역을 갖는 신호인 것으로 설명하기로 한다. 그러나, 이는 하나의 실시예일 뿐 1차 주파수 신호의 주파수 대역이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 안테나(104)는 그 이외의 다양한 주파수 대역의 1차 주파수 신호를 송신할 수 있다.
제1 안테나(104)에는 제1 급전 포인트(121)가 형성된다. 제1 급전 포인트(121)의 하부에는 기판(102)을 관통하며 제1 관통홀(124)이 형성된다. 그리고, 제1 관통홀(124)에 제1 동축 케이블(150)이 삽입되어 제1 급전 포인트(121)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 제1 외부 도체(157)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 여기서, 제1 내부 도체(151)는 제1 관통홀(124)에 삽입되어 제1 급전 포인트(121)와 전기적으로 연결된다. 그리고, 제1 외부 도체(157)는 기판(102)의 하면에 형성된 접지면(103)과 전기적으로 연결된다.
제2 안테나(106)는 기판(102) 상에서 제1 안테나(104)와 상호 이격하여 형성된다. 여기서는, 제2 안테나(106)가 제1 안테나(104)의 하측에서 제1 안테나(104)와 상호 이격하여 형성된 것으로 도시하였으나, 제2 안테나(106)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 안테나(106)는 제1 수신용 안테나로서, 제2 안테나(106)는 제1 안테나(104)가 송신한 1차 주파수 신호가 피탐지 물체에 반사되어 반송되는 2차 고조파 신호를 수신한다. 예를 들어, 1차 주파수 신호가 2.4 GHz의 주파수 대역을 갖는 경우, 제2 안테나(106)는 4.8 GHz의 주파수 대역을 갖는 2차 고조파 신호를 수신할 수 있다.
제2 안테나(106)에는 제2 급전 포인트(131)가 형성된다. 제2 급전 포인트(131)의 하부에는 기판(102)을 관통하며 제2 관통홀(134)이 형성된다. 그리고, 제2 관통홀(134)에 제2 동축 케이블(160)이 삽입되어 제2 급전 포인트(131)와 전기적으로 연결된다.
구체적으로, 제2 동축 케이블(160)은 제2 내부 도체(161), 제2 절연부(164), 및 제2 외부 도체(167)를 포함한다. 제2 절연부(164)는 제2 내부 도체(161)를 감싸며 형성되고, 제2 외부 도체(167)는 제2 절연부(164)를 감싸며 형성된다. 제2 절연부(164)는 제2 내부 도체(161)와 제2 외부 도체(167)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 여기서, 제2 내부 도체(161)는 제2 관통홀(134)에 삽입되어 제2 급전 포인트(131)와 전기적으로 연결된다. 그리고, 제2 외부 도체(167)는 기판(102)의 하면에 형성된 접지면(103)과 전기적으로 연결된다.
제3 안테나(108)는 기판(102) 상에서 제1 안테나(104)와 상호 이격하여 형성된다. 여기서는, 제3 안테나(108)가 제1 안테나(104)의 상측에서 제1 안테나(104)와 상호 이격하여 형성된 것으로 도시하였으나, 제3 안테나(108)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 안테나(108)는 제2 수신용 안테나로서, 제3 안테나(108)는 제1 안테나(104)가 송신한 1차 주파수 신호가 피탐지 물체에 반사되어 반송되는 3차 고조파 신호를 수신한다. 예를 들어, 1차 주파수 신호가 2.4 GHz의 주파수 대역을 갖는 경우, 제3 안테나(108)는 7.2 GHz의 주파수 대역을 갖는 3차 고조파 신호를 수신할 수 있다.
제3 안테나(108)에는 제3 급전 포인트(141)가 형성된다. 제3 급전 포인트(141)의 하부에는 기판(102)을 관통하며 제3 관통홀(144)이 형성된다. 그리고, 제3 관통홀(144)에 제3 동축 케이블(170)이 삽입되어 제3 급전 포인트(141)와 전기적으로 연결된다.
구체적으로, 제3 동축 케이블(170)은 제3 내부 도체(171), 제3 절연부(174), 및 제3 외부 도체(177)를 포함한다. 제3 절연부(174)는 제3 내부 도체(171)를 감싸며 형성되고, 제3 외부 도체(177)는 제3 절연부(174)를 감싸며 형성된다. 제3 절연부(174)는 제3 내부 도체(171)와 제3 외부 도체(177)를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 여기서, 제3 내부 도체(171)는 제3 관통홀(144)에 삽입되어 제3 급전 포인트(141)와 전기적으로 연결된다. 그리고, 제3 외부 도체(177)는 기판(102)의 하면에 형성된 접지면(103)과 전기적으로 연결된다.
여기서, 제1 안테나(104), 제2 안테나(106), 및 제3 안테나(108)는 각각 정사각 패치 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 안테나(104), 제2 안테나(106), 및 제3 안테나(108)의 가로 및 세로는 각각 λ/2의 전기적 길이를 갖도록 형성된다. 이때, 제1 안테나(104), 제2 안테나(106), 및 제3 안테나(108)는 각각 4 모서리 중 상호 대향하는 2 모서리가 절단된 Truncated-Conered 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 안테나(104), 제2 안테나(106), 및 제3 안테나(108)는 원형 편파 특성을 가지게 되며, 그로 인해 각 안테나(104, 106, 108)의 안테나 이득을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)는 제1 안테나(104)와 반대되는 편파 특성을 갖도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나(104)가 우원형 편파(Right-Hand Circular Polarization) 특성을 갖도록 형성된 경우, 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)는 좌원형 편파(Left-Hand Circular Polarization) 특성을 갖도록 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간의 간섭을 줄일 수 있게 된다.
구체적으로, 도 3에서, 제1 안테나(104)는 제1 급전 포인트(121)에서 바라보았을 때(즉, 도 3을 정면에서 바라보았을 때), 우측 상단 모서리 부분과 좌측 하단 모서리 부분이 절단되어 형성된다. 이 경우, 제1 급전 포인트(121)에서 바라보았을 때, 제1 급전 포인트(121)의 우측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제1 안테나(104)의 좌측 상단 모서리와 우측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)가 제1 급전 포인트(121)의 좌측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제1 안테나(104)의 우측 상단 모서리와 좌측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)보다 길기 때문에, 제1 안테나(104)는 우원형 편파 특성을 가지게 된다.
제2 안테나(106)는 제2 급전 포인트(131)에서 바라보았을 때(즉, 도 3을 좌측에서 바라보았을 때), 좌측 상단 모서리 부분과 우측 하단 모서리 부분이 절단되어 형성된다. 이 경우, 제2 급전 포인트(131)에서 바라보았을 때, 제2 급전 포인트(131)의 좌측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제2 안테나(106)의 우측 상단 모서리와 좌측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)가 제2 급전 포인트(131)의 우측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제2 안테나(106)의 좌측 상단 모서리와 우측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)보다 길기 때문에, 제2 안테나(106)는 좌원형 편파 특성을 가지게 된다.
제3 안테나(108)는 제3 급전 포인트(141)에서 바라보았을 때(즉, 도 3을 좌측에서 바라보았을 때), 좌측 상단 모서리 부분과 우측 하단 모서리 부분이 절단되어 형성된다. 이 경우, 제3 급전 포인트(141)에서 바라보았을 때, 제3 급전 포인트(141)의 좌측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제3 안테나(108)의 우측 상단 모서리와 좌측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)가 제3 급전 포인트(141)의 우측에 위치하는 대각선 길이(즉, 제3 안테나(108)의 좌측 상단 모서리와 우측 하단 모서리를 잇는 대각선 길이)보다 길기 때문에, 제3 안테나(108)는 좌원형 편파 특성을 가지게 된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 송신용 안테나인 제1 안테나(104)와 수신용 안테나인 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)를 기판(102) 상에 모두 형성하여 전체 시스템의 크기를 소형화하면서 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간의 간섭을 줄일 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프이다. 여기서, 기판(102)의 가로 및 세로 길이는 85mm이고, 기판(102)의 두께는 1.6mm, 기판(102)의 상대 유전율은 2.5, 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이는 38mm, 제2 안테나(106)의 가로 및 세로 길이는 19mm, 제3 안테나(108)의 가로 및 세로 길이는 12.5mm로 하였다. 이때, 제1 안테나(104) 내지 제3 안테나(108)는 각각 2.4 GHz, 4.8 GHz, 7.2 GHz의 전기적 길이를 갖도록 형성된다.
도 5를 참조하면, 제1 안테나(104)는 2.4 GHz 대역에서 공진이 발생하는 것을 볼 수 있다. 그리고, 제2 안테나(106)의 수신 주파수 대역(4.8 GHz)에서 격리도(m4)가 -19.0451 dB이고, 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역(7.2 GHz)에서 격리도(m5)가 -20.5392 dB로 나타나는 것을 볼 수 있다. 여기서, 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간의 격리도는 약 -20 dB로 정상적인 안테나로 동작함을 알 수 있다.
한편, 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)의 편파 특성을 제1 안테나(104)와 반대되는 편파 특성을 갖도록 형성하더라도, 제1 안테나(104) 내지 제3 안테나(108)는 공통된 접지면(103)을 사용하고, 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)는 제1 안테나(104)가 송신하는 1차 주파수 신호가 피탐지 물체에 반사되어 반송되는 2차 고조파 신호 및 3차 고조파 신호를 각각 수신하기 때문에, 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간에는 일정한 정도의 간섭이 발생하게 된다. 따라서, 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간에 발생하는 간섭을 더 줄여 각 안테나(104, 106, 108)들의 성능을 향상시킬 필요가 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치를 나타낸 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 안테나 장치(100)는 기판(102), 제1 안테나(104), 제2 안테나(106), 제3 안테나(108), 쇼트핀(110), 및 간섭 차단부(112)를 포함한다. 여기서, 기판(102), 제1 안테나(104), 제2 안테나(106), 및 제3 안테나(108)는 도 3 및 도 4에 도시한 구성과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 여기서는, 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간의 간섭을 줄이기 위한 구성으로 쇼트핀(110)과 간섭 차단부(112)를 모두 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 쇼트핀(110)과 간섭 차단부(112) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
쇼트핀(110)은 제1 안테나(104)와 접지면(103)을 전기적으로 연결하며 형성된다. 이때, 쇼트핀(110)은 제1 안테나(104)의 하부에서 기판(102)을 관통하며 형성되고, 내부가 도전성 물질로 충진된 비아홀 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 쇼트핀(110)은 제1 안테나(104)와 접지면(103)을 직접적으로 연결하게 된다.
쇼트핀(110)을 통해 제1 안테나(104)와 접지면(103)을 전기적으로 연결하면, 제1 안테나(104)의 전기적 길이가 짧아져 제1 안테나(104)의 원래 공진 주파수보다 더 높은 주파수 대역에서 공진하게 된다. 예를 들어, 제1 안테나(104)의 전기적 길이가 2.1 GHz 대역에서 공진하도록 형성된 경우, 쇼트핀(110)을 통해 제1 안테나(104)와 접지면(103)을 전기적으로 연결하면, 제1 안테나(104)의 전기적 길이가 짧아져 제1 안테나(104)는 2.1 GHz 대역 보다 더 높은 주파수 대역인 2.4 GHz 대역에서 공진하게 된다. 이때, 제1 안테나(104)가 송신하는 1차 주파수 신호의 2차 고조파 및 3차 고조파들은 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역과는 다른 주파수 대역에서 발생하기 때문에, 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간에 간섭을 줄일 수 있게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
간섭 차단부(112)는 기판(102)의 일면 상에서 제1 안테나(104)와 상호 이격하여 형성된다. 간섭 차단부(112)는 제1 안테나(104)가 발생하는 1차 주파수 신호의 고조파들이 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)에 영향을 미치는 것을 방지하는 역할을 한다. 간섭 차단부(112)는 제1 간섭 차단 라인(112-1), 제2 간섭 차단 라인(112-2), 제3 간섭 차단 라인(112-3), 및 제4 간섭 차단 라인(112-4)을 포함한다.
제1 간섭 차단 라인(112-1)은 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 사이에서 제1 안테나(104) 및 제2 안테나(106)와 각각 상호 이격하여 형성된다. 제2 간섭 차단 라인(112-2)은 제1 안테나(104)와 제3 안테나(108) 사이에서 제1 안테나(104) 및 제3 안테나(108)와 각각 상호 이격하여 형성된다. 제3 간섭 차단 라인(112-3)은 제1 안테나(104)의 좌측에서 제1 안테나(104)와 상호 이격하여 형성된다. 제4 간섭 차단 라인(112-4)은 제1 안테나(104)의 우측에서 제1 안테나(104)와 상호 이격하여 형성된다. 이때, 제1 간섭 차단 라인(112-1) 내지 제4 간섭 차단 라인(112-4)은 각각 상호 이격되어 형성된다.
여기서는, 간섭 차단부(112)가 제1 간섭 차단 라인(112-1) 내지 제4 간섭 차단 라인(112-4)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 간섭 차단부(112)는 제1 간섭 차단 라인(112-1) 내지 제4 간섭 차단 라인(112-4) 중 적어도 2개를 포함하도록 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 안테나에 쇼트핀만을 형성한 경우의 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프이다. 여기서, 기판(102)의 가로 및 세로 길이는 85mm이고, 기판(102)의 두께는 1.6mm, 기판(102)의 상대 유전율은 2.5, 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이는 44mm, 제2 안테나(106)의 가로 및 세로 길이는 19mm, 제3 안테나(108)의 가로 및 세로 길이는 12.5mm로 하였다. 제1 안테나(104)는 쇼트핀(110)을 고려하지 않았을 때 2.1 GHz 대역의 전기적 길이를 갖는다. 그런데, 제1 안테나(104)에 쇼트핀(110)을 형성하면, 제1 안테나(104)는 2.4 GHz 대역에서 공진이 발생하게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 수학식 1 및 수학식 2를 참조하여 후술하기로 한다.
도 8을 참조하면, 제1 안테나(104)에 쇼트핀(110)만을 형성한 경우(즉, 간섭 차단부(112)는 형성하지 않은 경우), 제1 안테나(104)의 전기적 길이가 짧아져 2.1 GHz 보다 높은 주파수 대역인 2.4 GHz 대역에서 공진이 발생하는 것을 볼 수 있다. 그리고, 제1 안테나(104)의 고조파들이 약 5.2 GHz 및 6.4 GHz 대역에서 발생하는 것을 볼 수 있다.
여기서, 제1 안테나(104)의 고조파들은 제2 안테나(106)의 수신 주파수 대역(4.8 GHz) 및 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역(7.2 GHz)과는 다른 주파수 대역에서 발생하기 때문에, 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간에 간섭을 줄일 수 있게 된다. 이에 도 8을 살펴보면, 제2 안테나(106)의 수신 주파수 대역(4.8 GHz)에서 격리도(m4)가 -21.3417 dB이고, 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역(7.2 GHz)에서 격리도(m5)가 -29.8962 dB로 높게 나타나는 것을 볼 수 있다.
이와 같이, 제1 안테나(104)에 쇼트핀(110)을 형성하면, 제1 안테나(104)의 고조파들이 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역과는 다른 주파수 대역에서 발생하기 때문에, 제1 안테나(104)와 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108) 간의 간섭을 줄일 수 있게 된다.
한편, 제1 안테나(104)에 쇼트핀(110)을 형성하는 경우, 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이(L)는 다음 수학식 1로 결정할 수 있다.
Figure 112012099399321-pat00001
여기서, λ는 공진 주파수에 따른 파장을 나타내고, εr은 기판(102)의 상대 유전율을 나타낸다.
즉, 쇼트핀(110)을 형성하지 않는 경우, 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이(L)는 다음 수학식 2의 반파장 패치 공식에 따라 결정되나, 쇼트핀(110)을 형성하는 경우에는 수학식 1에 의해 결정되게 된다.
Figure 112012099399321-pat00002
예를 들어, 쇼트핀(110)을 형성하지 않는 경우, 제1 안테나(104)가 2.4 GHz 대역에서 공진하도록 하려면, 수학식 2에 따라 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이는 38mm가 되어야 한다. 그런데, 쇼트핀(110)을 형성하는 경우, 제1 안테나(104)가 2.4 GHz 대역에서 공진하도록 하려면 수학식 1에 따라 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이는 44mm가 된다. 이는 쇼트핀(110)을 형성하지 않은 경우, 제1 안테나(104)가 2.1 GHz 대역에서 공진하도록 하는 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이에 해당한다.
한편, 제1 안테나(104)의 고조파들이 제2 안테나(106) 및 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역과는 다른 주파수 대역에서 발생하는 이유를 이론적으로 명확히 설명하기는 어려우나, 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이를 44mm(즉, 공진 주파수 2.1 GHz)로 형성한 상태에서 쇼트핀(110)을 통해 공진 주파수를 2.4 GHz로 이동시킨 연유로 추정된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치에서, 기판 상에 간섭 차단부만을 형성한 경우의 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프이다. 여기서, 기판(102)의 가로 및 세로 길이는 85mm이고, 기판(102)의 두께는 1.6mm, 기판(102)의 상대 유전율은 2.5, 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이는 38mm, 제2 안테나(106)의 가로 및 세로 길이는 19mm, 제3 안테나(108)의 가로 및 세로 길이는 12.5mm로 하였다. 쇼트핀(110)이 형성되지 않은 경우이므로, 제1 안테나(104)는 2.4 GHz 대역의 전기적 길이를 갖게 된다. 그리고, 간섭 차단부(112)는 제1 간섭 차단 라인(112-1) 내지 제4 간섭 차단 라인(112-4)을 모두 포함하는 것으로 하였다.
도 9를 참조하면, 기판(102) 상에 제1 간섭 차단 라인(112-1) 내지 제4 간섭 차단 라인(112-4)만을 형성한 경우(즉, 쇼트핀(110)은 형성하지 않은 경우), 제2 안테나(106)의 수신 주파수 대역(4.8 GHz)에서 격리도(m5)가 -26.4777 dB이고, 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역(7.2 GHz)에서 격리도(m6)가 -24.6605 dB로 높게 나타나는 것을 볼 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 안테나에 쇼트핀을 형성하고 기판 상에 제1 간섭 차단 라인 및 제2 간섭 차단 라인을 형성한 경우의 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프이다. 여기서, 기판(102)의 가로 및 세로 길이는 85mm이고, 기판(102)의 두께는 1.6mm, 기판(102)의 상대 유전율은 2.5, 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이는 44mm, 제2 안테나(106)의 가로 및 세로 길이는 19mm, 제3 안테나(108)의 가로 및 세로 길이는 12.5mm로 하였다. 제1 안테나(104)는 쇼트핀(110)을 고려하지 않았을 때 2.1 GHz 대역의 전기적 길이를 갖는다.
도 10을 참조하면, 제1 안테나(104)에 쇼트핀(110)을 형성하고, 기판(102) 상에 제1 간섭 차단 라인(112-1) 및 제2 간섭 차단 라인(112-2)을 형성한 경우, 제1 안테나(104)는 2.4 GHz 대역에서 공진이 발생하는 것을 볼 수 있다. 그리고, 제2 안테나(106)의 수신 주파수 대역(4.8 GHz)에서 격리도(m4)가 -21.4251 dB이고, 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역(7.2 GHz)에서 격리도(m5)가 -35.3490 dB로 높게 나타나는 것을 볼 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 장치에서, 제1 안테나에 쇼트핀을 형성하고 기판 상에 제1 간섭 차단 라인 내지 제4 간섭 차단 라인을 형성한 경우의 제1 안테나의 반사 손실(S11) 및 격리도(S12)를 나타낸 그래프이다. 여기서, 기판(102)의 가로 및 세로 길이는 85mm이고, 기판(102)의 두께는 1.6mm, 기판(102)의 상대 유전율은 2.5, 제1 안테나(104)의 가로 및 세로 길이는 44mm, 제2 안테나(106)의 가로 및 세로 길이는 19mm, 제3 안테나(108)의 가로 및 세로 길이는 12.5mm로 하였다. 제1 안테나(104)는 쇼트핀(110)을 고려하지 않았을 때 2.1 GHz 대역의 전기적 길이를 갖는다.
도 11을 참조하면, 제1 안테나(104)에 쇼트핀(110)을 형성하고, 기판(102) 상에 제1 간섭 차단 라인(112-1) 내지 제4 간섭 차단 라인(112-4)을 형성한 경우, 제1 안테나(104)는 2.4 GHz 대역에서 공진이 발생하는 것을 볼 수 있다. 그리고, 제2 안테나(106)의 수신 주파수 대역(4.8 GHz)에서 격리도(m4)가 -43.3474 dB이고, 제3 안테나(108)의 수신 주파수 대역(7.2 GHz)에서 격리도(m5)가 -27.4205 dB로 높게 나타나는 것을 볼 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 : 기판
103 : 접지면 104 : 제1 안테나
106 : 제2 안테나 108 : 제3 안테나
110 : 쇼트핀 112 : 간섭 차단부
112-1 : 제1 간섭 차단 라인 112-2 : 제2 간섭 차단 라인
112-3 : 제3 간섭 차단 라인 112-4 : 제4 간섭 차단 라인
121 : 제1 급전 포인트 124 : 제1 관통홀
131 : 제2 급전 포인트 134 : 제2 관통홀
141 : 제3 급전 포인트 144 : 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 (8)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 형성되는 제1 안테나;
    상기 기판의 일면에서 상기 제1 안테나와 상호 이격하여 형성되는 제2 안테나;
    상기 기판의 일면에서 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나와 각각 상호 이격하여 형성되는 제3 안테나; 및
    상기 기판의 타면에 형성되는 접지면을 포함하며,
    상기 제1 안테나의 편파 특성과 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나의 편파 특성은 서로 반대로 형성되는, 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 장치는,
    상기 제1 안테나의 하부에서 상기 기판을 관통하며 형성되는 제1 관통홀;
    상기 제2 안테나의 하부에서 상기 기판을 관통하며 형성되는 제2 관통홀; 및
    상기 제3 안테나의 하부에서 상기 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 안테나, 상기 제2 안테나, 및 상기 제3 안테나와 각각 전기적으로 연결되는, 안테나 장치.
  3. 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.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 내지 상기 제3 안테나는, 사각 패치 형태로 형성되는, 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 장치는,
    상기 제1 안테나와 상기 접지면을 연결하며 형성되는 쇼트핀을 더 포함하는, 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 안테나는, 사각 패치 형태로 형성되고,
    상기 제1 안테나의 가로 및 세로 길이(L)는 다음의 수학식으로 결정되는, 안테나 장치.
    (수학식)
    Figure 112012099399321-pat00003

    λ : 공진 주파수에 따른 파장
    εr: 기판의 상대 유전율
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 안테나 장치는,
    상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에서 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나와 각각 상호 이격하여 형성되는 제1 간섭 차단 라인;
    상기 제1 안테나와 상기 제3 안테나 사이에서 상기 제1 안테나 및 상기 제3 안테나와 각각 상호 이격하여 형성되는 제2 간섭 차단 라인을 더 포함하는, 안테나 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 사각 패치 형태로 형성되고, 상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나는 상기 제1 안테나의 상측 또는 하측에 형성되며,
    상기 안테나 장치는,
    상기 제1 안테나의 좌측에서 상기 제1 안테나와 상호 이격하여 형성되는 제3 간섭 차단 라인; 및
    상기 제1 안테나의 우측에서 상기 제1 안테나와 상호 이격하여 형성되는 제4 간섭 차단 라인을 더 포함하는, 안테나 장치.
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