KR101608500B1 - 초광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초광대역 안테나로서, 기판(substrate)의 전면 및 배면에 배치된 접지면, 상기 기판의 전면에 상기 접지면과 이격되어 배치된 급전라인 및 소정의 너비(width)와 길이(length)를 갖는 복수의 방사체 중 하나는 상기 급전라인과 수직하게 연결되고, 상기 복수의 방사체는 상기 너비 방향으로 상호 연결된 방사부를 포함한다.

Description

초광대역 안테나 {Ultra Wideband Antenna}

본 발명은 초광대역 (UWB:Ultra Wideband Antenna)안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사체 및 정합 회로를 포함한 UWB 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 UWB(Ultra wideband) 안테나는 초광대역 파장을 송수신하는 안테나 장치로써 다양한 장치에 적용될 수 있다. 예를 들면, UWB 안테나 어셈블리는 개인통신용 안테나 또는 무선 영상 송수신 단말기 등에 설치될 수 있다. 이러한 UWB 안테나 어셈블리는 대역폭 25%이상의 대역폭을 갖는 시스템에서 활용될 수 있다.

한편, 상기와 같은 UWB 안테나는 상기의 기기 이외에도 공간 상의 사용자의 움직임이나 물체의 움직임을 포착하기 위하여 사용될 수 있다. 특히 UWB 안테나는 CCTV(Closed circuit television) 등과 같은 감시장비에 사용됨으로써 감시장비의 모션을 제어하는 보조 장비로 활용될 수 있다. 또한, UWB 안테나는 감시장비가 촬영하지 못하는 지역을 센싱함으로써 감시장비의 보조 장비로 활용되는 것도 가능하다.

하지만 이러한 UWB 안테나는 초광대역 특성을 얻기 위하여 안테나 소자의 크기가 전기적 파장에 비해 크거나 또는 상기 안테나 주변에 복수의 반사판을 설치해야 하는 등의 제약이 있어, 이를 배열 안테나로 구현하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 이러한 UWB 안테나를 단말에 실장하기 위해서 박형(low-profile) 구조로 구현될 필요가 있으며, 이를 위하여 유전체(dielectric layer) 상에 마이크로스트립(micro strip) 형태로 제작될 경우에 대역폭 특성이 열화되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초광대역 안테나를 박형 구조로 구현하면서도 초광대역 특성을 유지하는 데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초광대역 안테나를 작은 크기로 구현하여 이를 배열하는 데에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 안테나는, 기판(substrate)의 전면 및 배면에 배치된 접지면, 상기 기판의 전면에 상기 접지면과 이격되어 배치된 급전라인 및 소정의 너비(widht)와 길이(length)를 갖는 복수의 방사체 중 하나는 상기 급전라인과 수직하게 연결되고, 상기 복수의 방사체는 상기 너비 방향으로 상호 연결된 방사부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 초광대역 안테나는, 기판의 전면 및 배면에 배치된 접지면, 상기 기판의 전면에 상기 접지면과 이격되어 배치된 급전라인 및 소정의 너비와 길이를 갖는 복수의 방사체 중 하나는 상기 급전라인과 수직하게 연결되고, 상기 복수의 방사체 중 둘 이상은 소정의 거리로 이격되어 평행하게 배치되는 방사부를 포함한다.

본 발명의 실시예들은 복수의 방사체를 적층하거나 또는 일정 거리를 이격시키고, 급전 회로 주변에 정합 회로 및 접지면을 전기적으로 커플링시켜, 초광대역 안테나를 박형 구조 및 작은 크기로 구현하면서도 초광대역 대역폭 특성을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 안테나(100)의 전면을 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초광대역 안테나(200)의 전면을 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초광대역 안테나(300)의 전면을 나타내는 정면도이다.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초광대역 안테나(100)의 전면을 나타내는 정면도이다. 상기 초광대역 안테나(100)는 기판(substrate)의 전면에 구현되며, 접지면(110), 정합 스터브(120), 급전 라인(130) 또는 방사부(140)를 포함한다. 상기 접지면(110)은 상기 기판(substrate)의 전면 및 배면에 배치된다. 도 1은 기판의 전면만을 도시하였으나, 기판의 배면에는 상기 접지면(110)과 대응되는 위치에 접지면이 구비될 수 있다. 상기 기판의 전면과 배면은 비아 홀(via hole)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 정합 스터브(120)는 상기 접지면(110)에 연결되고, 소정의 너비와 길이를 갖는다. 여기서 상기 너비와 길이는 Wg1 및 Lg1이다. 상기 접지면(110) 및 상기 정합 스터브(120)는 각각 제1 접지부 및 제2 접지부로 지칭될 수 있다.

상기 급전 라인(130)은 상기 기판의 전면에 상기 접지면과 이격되어 배치되고, 상기 방사부(140)와 전기적으로 연결되어 상기 방사부(140)로 특정 주파수 대역의 신호를 인가한다. 상기 급전라인(130)의 좌측 및 우측에 각각 상기 정합 스터브(120)가 배치될 수 있으며, 상기 급전라인(130)은 상기 접지면(110) 및 상기 정합 스터브(120)와 각각 d1 및 d3의 간극(gap)을 가질 수 있다. 상기 정합 스터브(120)는 전기적으로 인덕턴스 역할을 하며, 상기 정합 스터브(120)와 상기 접지면(110), 상기 급전 라인(130) 또는 상기 방사부(140)와의 간극(d1, d3, d2)은 전기적으로 캐패시턴스의 역할을 하여, 임피던스 정합을 가능하게 한다.

상기 급전라인(120)은 상기 방사부(140) 및 능동회로(active circuit: 미도시)와의 임피던스 정합을 위하여 50Ω의 특성 임피던스를 가지도록 구현될 수 있다. 여기서 상기 급전라인(120)은 임피던스 정합을 위하여 서로 다른 폭을 갖는 복수의 급전라인으로 구현되지 않고 상기 방사부(140)와 50Ω의 특성 임피던스를 갖는 급전라인으로 직접 연결될 수 있다. 여기서, 상기 방사부(140)와의 임피던스 정합은 상기 정합 스터브(120)와의 전기적 결합에 의해 가능하다. 상기 전기적 결합은 상기 정합 스터브(120) 및 상기 급전라인(130)과의 제1 전기적 결합 및 상기 정합 스터브(120) 및 상기 방사부(130)와의 제2 전기적 결합을 포함할 수 있으며, 복수의 상기 제1 및 제2 전기적 결합에 의해 임피던스 정합이 용이해진다.

상기 방사부(140)는 복수의 방사체를 포함하고, 소정의 너비와 길이를 갖는 복수의 방사체 중 하나는 상기 급전라인(120)과 수직하게 연결되고, 상기 복수의 방사체는 너비 방향으로 상호 연결될 수 있다. 여기서 상호 연결된 상기 복수의 방사체에 의해 복수의 서로 다른 주파수 대역폭에서 동작하게 되어, 초광대역 특성을 얻을 수 있다. 한편, 상기 복수의 방사체는 상기 너비 방향으로 소정의 간극으로 상호 이격되어 평행하게 배치될 수도 있다. 여기서 상기 상호 연결된 복수의 방사체와 상기 상호 이격된 복수의 방사체는 주파수 대역 특성 및 방사 특성이 서로 다를 수 있으며, 원하는 대역폭 특성 및 방사 특성을 얻기 위하여 이들 중 어느 하나가 선택되고, 각각 너비, 길이 및 간극이 최적화된 형태로 설계될 수 있다.

상기 방사부(140)는 상기 급전라인(130)에 연결되고, 제1 길이(L1)를 갖는 제1 방사체(141) 및 상기 제1 방사체(141)에 연결되고, 상기 제1 길이와 상이한 제2 길이(L1)를 갖는 제2 방사체(142)를 포함한다. 여기서 상기 제1 및 제2 방사체(141, 142)는 각각 W1 및 W2의 폭을 가질 수 있으며, 상기 제1 및 제2 방사체(141, 142)가 전기적 결합 없이 독립적으로 동작한다면 제1 및 제2 길이가 전기적으로 반파장인 주파수에서 동작하므로, 상기 방사부(140)의 대역폭 특성은 상기 제1 및 제2 길이에 의해 지배적으로 결정된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초광대역 안테나(200)의 전면을 나타내는 정면도이다. 상기 초광대역 안테나(200)는 접지면(110), 정합 스터브(120), 급전라인(130) 및 방사부(240)를 포함한다. 여기서 상기 접지면(110), 상기 정합 스터브(120), 상기 급전라인(130)은 도 1에서의 해당 엘리먼트와 대응된다. 반면에 상기 방사부(240)는 제1 및 제2 방사체(241, 242) 외에 추가적으로 제3 방사체(243)를 더 구비할 수 있다. 여기서 상기 제3 방사체(243)는 상기 제2 방사체(243)에 연결되고, 상기 제1 및 제2 길이(L1, L2)와 상이한 제3 길이(L3)를 갖는다. 상기 제3 방사체(243)에 의해 상기 제1 및 제2 방사체(241, 242)만을 구비한 경우에 비하여 보다 광대역 특성을 얻을 수 있다. 상기 제3 방사체(243)는 상기 제2 방사체(242)와 전기적으로 연결되지 않고, 상기 제2 방사체(242)와 소정의 간극을 가지며 평행하게 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제3 방사체(243)외에 나머지 구성 요소의 치수는 도 1에서와 동일하게 표시되었지만, 원하는 전기적 특성의 최적화를 위하여 변경될 수 있음은 자명하다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초광대역 안테나(300)의 전면을 나타내는 정면도이다. 상기 초광대역 안테나(300)는 접지면(110), 급전 라인 (130) 및 방사부(240) 및 정합 스터브(320)를 포함한다. 여기서 상기 접지면(110) 및 상기 급전 라인 (130)은 도 1 및 도 2에서의 해당 엘리먼트와 대응되고, 상기 방사부(240)는 도 2에서의 해당 엘리먼트와 대응된다. 또한, 상기 방사부(240)는 도 1에서의 상기 방사부(140)로 대체될 수 있다. 또한, 상기 방사부(240)의 상기 제1 내지 제3 방사부(241 내지 243)은 너비 방향으로 상호 적층되어 구현되었으나, 소정의 간극을 가지고 상호 평행하게 이격되어 배치될 수 있다.

여기서, 상기 정합 스터브(320)은 제1 스터브(321) 및 제2 스터브(322)를 포함할 수 있다. 상기 제1 스터브(321)는 제1 너비(Wg1)와 제1 길이(Lg1)를 갖고, 상기 제2 스터브(322)는 상기 제1 스터브(321)의 너비 방향으로 상호 연결되고, 제2 너비(Wg2)와 상기 제1 길이(Lg1)와 상이한 제2 길이(Lg2)를 갖는다. 상기 제1 및 제2 스터브(321, 322)에 의한 임피던스 정합은 도 1 및 도 2에서의 상기 정합 스터브(120, 220)에 의한 임피던스 정합보다 용이하거나 또는 광대역 특성을 갖는다.

여기서, 상기 제2 스터브(322)외에 나머지 구성 요소의 치수는 도 2에서와 동일하게 표시되었지만, 원하는 전기적 특성의 최적화를 위하여 변경될 수 있음은 자명하다.

도 1 내지 도 3에 제시된 상기 초광대역 안테나(100 내지 300)는 반사 계수(Return loss) 특성을 고려할 때, 3.0 GHz 내지 5.0 GHz의 주파수 대역에서 안테나로서 동작하므로, 초광대역 특성을 갖는다.

도 1 내지 도 3에 제시된 상기 초광대역 안테나(100 내지 300)는 단말 내에 배치되거나 또는 기지국 내에 복수의 배열 형태로 배치될 수 있다. 상기 초광대역 안테나(100 내지 300)가 단말 내에 배치되는 경우에, 상기 기판의 배면에 배치된 접지면은 상기 단말의 접지와 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 상기 상기 초광대역 안테나(100 내지 300)가 기지국에 배치되는 경우, 복수 개의 배열의 형태로 기지국 내에 배치될 수 있고, 이 경우 상기 배열은 상기 기판의 길이(L) 방향으로 M개가 배치되거나 또는 상기 기판의 수직 방향으로 N개가 배치될 수 있다. 상기 길이 (L) 방향으로 배치되는 경우 소자 간 간격 L이 되며, 안테나의 최대 동작 주파수에서 L은 한 파장 이하가 되어야 한다. 또한, 상기 수직 방향으로 배치되는 경우에도 소자 간 간격은 안테나의 최대 동작 주파수에서 한 파장 이하가 되어야 한다. 한편 배열 안테나의 각 소자에 위상 변위기를 부착하여 빔 스캔을 하고자 하는 경우에는 최대 빔 스캔 각도를 고려하여 소자 간 간격은 한 파장 미만이 되어야 한다.

따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 초광대역 안테나는 복수의 방사체를 적층하거나 또는 일정 거리를 이격시키고, 급전 회로 주변에 정합 회로 및 접지면을 전기적으로 커플링시켜, 초광대역 안테나를 박형 구조 및 작은 크기로 구현하면서도 초광대역 대역폭 특성을 유지할 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

110: 접지면
120: 정합 스터브
130, 330: 급전 라인
140, 240: 방사부

Claims (12)

1. 초광대역 안테나로서,
   기판(substrate)의 전면 및 배면에 배치된 접지면;
   상기 기판의 전면에 상기 접지면과 이격되어 배치된 급전라인; 및
   소정의 너비(widht)와 길이(length)를 갖는 복수의 방사체 중 하나는 상기 급전라인과 수직하게 연결되고, 상기 복수의 방사체는 상기 너비 방향으로 상호 연결된 방사부를 포함하고,
   상기 접지면은 전면에 배치된 제1 접지부 및 상기 제1 접지부에 연결되는 제2 접지부를 포함하고, 상기 제2 접지부는 제1 너비와 제1 길이를 갖는 제1 스터브 및 상기 제1 스터브의 너비 방향으로 상호 연결되고, 제2 너비와 상기 제1 길이와 상이한 제2 길이를 갖는 제2 스터브를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   초광대역 안테나.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 방사부는 상기 급전라인에 연결되고, 제1 길이를 갖는 제1 방사체; 및
   상기 제1 방사체에 연결되고, 상기 제1 길이와 상이한 제2 길이를 갖는 제2 방사체를 포함하는, 초광대역 안테나.
4. 제3항에 있어서,
   상기 방사부는 상기 제2 방사체에 연결되고, 상기 제1 및 제2 길이와 상이한 제3 길이를 갖는 제3 방사체를 더 포함하는, 초광대역 안테나.
5. 삭제
6. 초광대역 안테나로서,
   기판(substrate)의 전면 및 배면에 배치된 접지면;
   상기 기판의 전면에 상기 접지면과 이격되어 배치된 급전라인; 및
   소정의 너비(widht)와 길이(length)를 갖는 복수의 방사체 중 하나는 상기 급전라인과 수직하게 연결되고, 상기 복수의 방사체 중 둘 이상은 소정의 거리로 이격되어 평행하게 배치되는 방사부를 포함하고,
   상기 접지면은 상기 전면에 배치된 제1 접지부 및 상기 제1 접지부에 연결되는 제2 접지부로 구성되고, 상기 제2 접지부는 제1 너비와 제1 길이를 갖는 제1 스터브 및 상기 제1 스터브의 너비 방향으로 상호 연결되고, 제2 너비와 상기 제1 길이와 상이한 제2 길이를 갖는 제2 스터브를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   초광대역 안테나.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,
   상기 방사부는 상기 급전라인에 연결되고, 제1 길이를 갖는 제1 방사체; 및
   상기 제1 방사체와 소정의 거리로 이격되어 평행하게 배치되고, 상기 제1 길이와 상이한 제2 길이를 갖는 제2 방사체를 포함하는, 초광대역 안테나.
9. 제8항에 있어서,
   상기 방사부는 상기 제2 방사체에 너비 방향으로 적층되거나 또는 상기 제2 방사체와 소정의 거리로 이격되어 평행하게 배치되고, 상기 제1 및 제2 길이와 상이한 제3 길이를 갖는 제3 방사체를 더 포함하는, 초광대역 안테나.
10. 삭제
11. 상기 제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초광대역 안테나는 단말 내에 배치되고, 상기 기판의 배면에 배치된 접지면은 상기 단말의 접지와 전기적으로 연결되는, 초광대역 안테나.
12. 상기 제1항, 제3항, 제4항, 제6항, 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초광대역 안테나는 복수 개의 배열의 형태로 기지국 내에 배치되고,
    상기 배열은 상기 기판의 길이 방향으로 M개가 배치되거나 또는 상기 기판의 수직 방향으로 N개가 배치되는, 초광대역 안테나.

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